DE2255603A1 - Diesel-brennkraftmaschine mit einer elektrisch gesteuerten einspritzanlage - Google Patents

Description

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27-10". 1972

Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfs

HOBERI BOSQH GKBH, Stuttgart

Diesel-Brennkraftmaschine mit einer elektrisch gesteuerten Einspritzanlage

Die Erfindung betrifft eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einer elektrisch gesteuerten Einspritzanlage, mit mehreren, je einem der Zylinder zugeordneten, elektromagnetisch betätigbaren Spritζeinrichtungen, von denen jede ein Steuermagnetventil für den als Servodruckmittel dienenden, vor dem Magnetventil mit konstantem Druck anstehenden Kraftstoff, und einen Servokolben

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sowie einen von diesem beim Spritzvorgang verschiebbaren, vorzugsweise im Durchmesser kleineren Pumpenkolben und ferner eine federbelastete Spritzdüse enthält, die unter dem beim Spritzhub des Pumpenkolbens entstehenden, erhöhten Kraftstoffdruck öffnet, wenn das Magnetventil am Ende der ihm zugeführten, von einer Transistorschalteinrichtung gelieferten Steuerimpulse in seine Ruhelage zurückkehrt.

Bei den als Pumpe-Düse bezeichneten Einspritzeinrichtungen der oben beschriebenen Art bestimmt die zeitliche Dauer der zum Betätigen des Magnetventils verwendeten Steuerimpulse die Grosse des während dieser Steuerimpulse erfolgenden Rückhubes des Pumpenkolbens und demzufolge die beim nächsten Druckhub des Pumpenkolbens aus der Düse ausgespritzte Kraftstoffmenge. Das Magnetventil kann dabei als Dreiwege-Zweistellungs-Ventil (3/2-Ventil) ausgebildet sein und einen als Schieber ausgebildeten Anker haben, der in der Ruhestellung unter dem Einfluss einer Rückstellfeder eine Zulauföffnung für den als Servodruckmittel dienenden Kraftstoff verschliesst und dabei einen druckentlasteten Rücklaufkanal mit dem Arbeitszylinder des Servokolbens verbindet, in dem Einschaltzustand des Magnetventils hingegen den Rücklaufkanal absperrt und den Arbeitszylinder des Servokolbens mit der Kraftstoffzulaufleitung verbindet. Bei einer solchen Pumpe-Düse bestimmt das Ende eines Steuerimpulses den Spritzbeginn, weil dann der Druckhub eingeleitet wird und der Kraftstoff durch die Düse ausgespritzt wird. Abgesehen von einer kleinen Spritzverstellung, die mit zunehmender Drehzahl den Einspritzvorgang bei zunehmend früher liegenden SpritζZeitpunkten auslöst, muss der Spritzbeginn stets beim gleichen Kurbelwellendrehwinkel erfolgen und demzufolge winkelkonstant sein. Wenn die beim nachfolgenden Spritzvorgang einzuspritzende Kraftstoffmenge durch die zeitliche Dauer eines dem Magnetventil zugeführten Steuerimpulses bestimmt wird, ergibt sich die Notwendig-

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keit, den Beginn eines solchen in seiner Dauer den jeweiligen ' Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepassten Steuerimpulses so zu bestimmen j dass der am Ende eines solchen Steuer- ..· impulses erfolgende Einspritz vor gang bei der vorgesehenen Kurbelwellenstellung ausgelöst wird. Es ist bereits vorgeschlagen, worden, jedoch noch nicht Stand der Technik, zwei von der Hocken- · welle der Brennkraftmaschine betätigbare Schalter vorzusehen, deren Schliesszeitpunkte um einen Kurbelwellenwinkel gegeneinander ■versetzt sind, der dem grössten, beim Betrieb der Brennkraftmaschine erforderlichen Verstellwinkel entspricht. Mit dem zuerst schliessenden der beiden Schalter soll nach diesem Vorschlag ein monostabiler Multivibrator gesteuert werden, der eine Kipp- dauer hat, welche so gross ist wie die Summe der bei einer solchen elektromagnetisch betätigbaren Zündeinrichtung zu kompensierenden Verzögerungszeiten. An den monostabilen Multivibrator soll eine Konstantstromquelle angeschlossen sein, die zur Lieferung eines konstanten Ladestromes für einen Speicherkondensator am Ende der Kippdauer des monostabilen Multivibrators eingeschaltet wird. Schliesslich soll nach diesem Vorschlag mit einer durch den zweiten Schalter einschaltbaren Konstantstromquelle der'Speicherkondensator entladen werden, wobei mit dem Ende des Ent ladungs vor gangs der Einspritz- bzw. Zündzeitpunkt' bestimmt wird. ·

Bei der vorgeschlagenen Einspritzeinrichtung tritt der Nachteil auf, dass die jeweils durch den Regler ermittelte und eingestellte lüllzeit erst eine Periode später zur Wirkung gebracht werden kann. Hierdurch entstehende !Totzeit führt bei kleinem Gleichförmigkeitsgrad des Reglers zu einem instabilen Verhalten des gesamten Regelkreises. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die jeweils ermittelte Füllzeit unmittelbar vor einem nachfolgenden Spritzvorgang sur Bestimmung der einzuspritzenden Kraft st off menge zu verwenden und dadurch zu verhindern, dass die Einspritzmenge erst mit Verzögerung auf

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•Änderungen des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine anspricht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein bei jeder Kurbelwellenumdrehung eine Vielzahl von Impulsen liefernder Drehwinkelgeber gekuppelt ist und dass ein synchron zu den Kurbelwellen- oder Nockenwellenumdrehungen betätigbarer Schalter vorgesehen ist, dass ferner eine elektrische Einrichtung vorgesehen ist, mit welcher jeweils beim Schliessen oder öffnen des Schalters im Takte der Impulse des Drehwinkelgebers eine erste zeit- oder winkelproportionale Grosse erzeugt wird, die eine Information darüber enthält, wann der nächste öffnungs- bzw. Schliessvorgang des Schalters erfolgt, dass ferner aus jeweils zwei aufeinander folgenden Impulsen die erforderliche Einspritzmenge als zweite zeit- oder winkelproportionale Grosse bestimmt wird und dass schliesslich bei Gleichheit beider Grossen das Steuermagnetventil einer der Einspritzeinrichtungen eingeschaltet und beim nächsten Schliess- oder Öffnungsvorgang des Schalters abgeschaltet wird.

Bei der erfindungsgemässen Anordnung wird somit in einfacher Weise der öffnungsZeitpunkt für das Steuermagnetventil soweit vorverlegt, dass bis zu dem durch den Schalter festgelegten Schliesszeitpunkt des Steuermagnetventils die für den nächsten Spritzvorgang vorgesehene Kraftstoff menge in die Spritzeinrichtung einströmen kann. Eine solche Vorgabe für den Füllvorgang kann als zeitabhängige Grosse oder aber als drehwinkelabhängige Grosse gebildet werden. In beiden Fällen kann vorteilhafterweise an den Drehwinkelgeber ein Drehzahl-Spannungswandler zur Erzielung einer drehzahlproportionalen Spannung angeschlossen und mit dem Ausgang des Drehzahl-Spannungswandlers ein die Füllzeit des Steuermagnetventils bestimmender Regler

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verbunden sein, der eine zur Füllzeit proportionale Spannung liefert. Wenn die Einspritzmenge als zeitproportionale Grosse "bestimmt wird, kann vorteilhaft an den Drehwinkelgeber ausserdem ein Zeit-Spannungswandler angeschlossen sein-, der eine Spannung liefert, die zu der für einen festgelegten Kurbel-' wellendrehwinkel - vorzugsweise.zu der für eine Kurbelwellenumdrehung - benötigten Zeit proportional ist. In diesem Falle kann eine Subtraktionsstufe vorgesehen sein, d;Le mit einem ihrer beiden Eingänge an den Regler und mit ihrem zweiten Eingang an den Zeit-Spannungswandler angeschlossen ist und eine Ausgangsspannung liefert, die der Differenz zwischen der für einen festgelegten Kurbelwellendrehwinkel benötigten Zeit und der Eüllzeit entspricht. Hierbei kann vorteilhaft mit dem synchron zu den Kurbelwellenumdrehungeh betätigbaren Schalter eine zur Ladung eines Speicherkondensators dienende Konstant stromquelle verbunden sein und die am Speicherkondensator entstehende, zeitproportional anwachsende Speieherspannung einem der Eingänge einer Vergleicherstufe zugeführt werden, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang der Subtraktionsspule verbunden ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Einspritzmenge .als drehwinkelproportionale Grosse dadurch bestimmt werden, dass mit dem Drehwinkelgeber ein vom Schalter gesteuerter Impulszähler verbunden ist, an dessen Ausgang ein Digital-Analogwandler liegt. An diesen kann einer der beiden Eingänge einer Vergleicherstufe angeschlossen sein, deren zweiter Eingang mit einer-Multiplizierstufe verbunden ist, die mit einem ihrer Eingänge an den Drehzahl-Spannungswandler und mit ihrem anderen Eingang an den Regler angeschlossen ist. Bei den oben geschilderten beiden Möglichkeiten, die Einspritzmenge entweder als zeitproportionale oder als drehwinkelproportionale Grosse zu bestimmen, kann mit Vorteil ein bistabiler Multivibrator vorgesehen sein, welcher

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dem bzw. den Steuermagnetventilen vorgeschaltet ist und an seinem Starteingang mit der Vergleicherstufe und /an seinem Stop-Eingang mit dem Schalter verbunden ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen;

Fig. 1

Fig. 2 Fig. 5

Fig. 4

Fig. 5 Fig. 6

Fig. 7

als erstes Ausführungsbeispiel eine elektrische Steuereinrichtung für eine Diesel-Einspritzanlage mit zeitproportionalen Grossen zur Steuerung einer Pumpe-Düse in ihrem Blockschaltbild, Impulsdiagramme zur Erklärung der Wirkungsweise der Steuereinrichtung nach Fig. 1, das elektrische Schaltbild eines zum ersten Ausführungsbeispiel gehörenden Drehzahlgebers und Drehzahl-Spannungswandlers,

das stark vereinfache Schaltbild eines beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verwendeten, die [jeweilige Fülldauer ti der Pumpe-Düse bestimmenden Proportional- (P)-Reglers,
das Kennfeld des Reglers nach Fig. 4, das Schaltbild eines Periodendauer-Spannungswandlers, der in der Steuereinrichtung nach Fig. 1 vorgesehen ist und zur Umwandlung der Periodendauer T von drehzahlabhängigen in der Einrichtung nach Fig. erzeugten Impulsen in eine proportionale Spannung dient,

verschiedene Impulsdiagramme zur Erklärung der Wirkungsweise des Periodendauer-Spannungswandlers nach Fig. 6 und

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0 O C π c η ο

Fig. 8 als zweites Ausführungsbeispiel eine Steuereinrichtung mit winkelproportionalen Größen zur Ansteuerung einer Pumpe-Düse in ihrem Blockschaltbild,

Fig. 9 eine in der Steuereinrichtung nach Fig. 8 -Verwendete digitale Zähleranordnung für 2 = 256 Drehzahlimpulse und einen nachgeschalteten Analogwandler sowie

.Fig.10 eine in der Steuereinrichtung nach Fig. 8 verwendete Multiplizierstufe, mit welcher eine zum Produkt aus der Drehzahl η der Brennkraftmaschine und der Fülldauer ti der Pumpe-Düse proportionale Spannung erzeugt wird, die ihrerseits dem während der Fülldauer ti zurückgelegten Drehwinkel oL der Brennkraftmaschine entspricht und ·

Fig. 11 verschiedene Impulsdiagramme zur Erklärung der Wirkungsweise der Multiplizierstufe· nach Fig. 9·

Die dargestellten Steuereinrichtungen dienen zum Betrieb von Diesel-Einspritzanlagen, die mehrere, je einem der Zylinder einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine zugeordnete, als Pumpe-Düse bezeichnete elektromagnetisch betätigbare Spritzeinrichtungen haben, von denen jede ein Steuermagnetventil enthält, das in Fig. 1 bei 9 angedeutet ist. Der im einzelnen nicht dargestellten Pumpe-Düse jedes Zylinders wird der gleichzeitig als Servordruckmittel dienende Diesel-Kraftstoff mit konstant bleibendem Druck von etwa 200 bar zugeführt. Während der Öffnungsdauer des Steuermagnetventils kann der Kraftstoff über eine hydraulische Drosselstelle in einer auf die Zeiteinheit bezogenen konstanten Menge in einen Spritzzylinder einfließen, und dabei einen im Spritzzylinder geführten Pumpenkolben so weit zurückschieben, daß bei dem nachfolgenden, mit dem Ende der Öffnungsdauer des Steuermagnetventils beginnenden Spritzhub des Pumpenkolbens die notwendige Kraftstoffmenge aus der Pumpe-Düse austreten kann. Hierzu muß eine federbelastete Spritzdüse geöffnet werden.

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Um einön Spritzdruck zu erzeugen, der ein Mehrfaches desjenigen Druckes ausmacht, welchen der als Servodruckmitte,! dienende, vor dem Steuermagnetventil anstehende Kraftstoff hat, wird am Ende der öffnungsdauer das Steuermagnetventil in eine zweite Schaltstellung umgesteuert, in welcher dem Kraftstoff der Weg zu einem Servokolben freigegeben wird, der gleichachsig mit dem Pumpenkolben angeordnet ist, jedoch einen wesentlich grösseren Durchmesser als der Pumpenkolben hat. Durch das Verhältnis der wirksamen Stirnfläche des Servokolbens zur Stirnfläche des Pumpenkolbens ist die vor der Spritzdüse wirksame Spritzdrucksteigerung festgelegt.

Das hier vorgesehene System einer Pumpe-Düse, welche nur ein einziges Steuermagnetventil enthält, ermöglicht einen verhältnismässig einfachen konstruktiven Aufbau, bringt jedoch insoweit Schwierigkeiten mit sich, als das jeweilige Ende eines die Füllmenge bestimmenden Steuerimpulses jeweils den Einspritzbeginn und demzufolge den Zündzeitpunkt bestimmt. Dadurch ergibt sich die Aufgabe, den.Beginn eines solchen Steuerimpulses so zu bestimmen, dass sich unter Berücksichtigung der für die jeweilige Einspritzmenge massgeblichen, variablen Impulsdauer der Beginn eines Einspritzvorgangs bei der festgelegten Kurbelwellenstellung ergibt.

Hierzu ist mit der Nocken- oder Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein Drehwinkelgeber 1 gekuppelt, der bei jeder Umdrehung

eine grosse Zahl, beispielsweise 2 » 512 Drehzahlimpulse 10 liefert. Diese Drehzahlimpulse haben eine Periodendauer T1. Ausserdem ist mit der bei ¥ angedeuteten Nockenwelle der Brennkraftmaschine ein Schalter S1 gekuppelt, der bei jeder Nockenwellenumdrehung einmal öffnet und schliesst. Die Schliessperiode T2 ist in dem Diagramm nach Fig. 2 mit einer von links oben nach rechts unten verlaufenden Schraffur angedeutet. Die Perioden

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Tl und T2 stellen in einem festen Verhältnis zueinander.

Um den oben geschilderten, für den Beginn der Öffnungsimpulse des Steuerventils festlegen zu können, wird beginnend mit dem Schliesszeitpunkt des Schalters S1 im Takt der Drehzahlimpulse 10 des Drehwinkelgebers 1 eine zeitproportionale'Grosse bestimmt und aus dieser ermittelt, wann der nächste Schliessvorgang des Schalters S1 erfolgt. Aus der Periodendauer T1 der Drehzahl-Impulse 10 wird die erforderliche Einspritzmenge ebenfalls als eine zeitproportionale Grosse bestimmt. Bei Gleichheit dieser beiden Grossen wird das Steuermagnetventil der Pumpe-Düse eingeschaltet und beim nächsten Schliessvorgang des Schalters S1 wieder abgeschaltet. ' ->._?y

Im einzelnen enthält die hierfür vorgesehene elektrische Steuer-, einrichtung nach IPig. 1 einen an den Drehzahlgeber 1 angeschlossenen Drehzahl-Spannungswandler 2, einen Regler 3? der als Pührungsgrösse entweder eine Solldrehzahl η _ol-, oder einen Drosselklappenwinkelcü zugeführt erhält und die für die jeweilige Einspritzmenge massgebliche Öffnungsdauer ti der Steuerimpulse für das Steüermagnetventil bestimmt. Am Ausgang des Reglers 3 erscheint eine Spannung Ui, welche zu dieser öffnungsdauer ti proportional ist. ·

An den Ausgang des Drehwinkelgebers 1 ."lsi; ausserdem ein Wandler 4 angeschlossen, der an seinem Ausgang eine Spannung Ut bereitstellt, die zur Periodendauer T1 der Drehzahlimpulse 10 proportional ist. Beide Spannungen, die zur Öffnungsdauer ti proportionale Spannung Ui und die zur Periödendauer T1 proportionale Spannung Ut, werden einer Subtraktionsstufe 5 zugeführt, deren Ausgang an einen der beiden Eingänge einer Komparatorstufe 7 angeschlossen ist. Der zweite. Eingang der Komparatorstufe 7 ist

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mit einer Konstantstromquelle 6 verbunden, die an einem im einzelnen nicht dargestellten Speicherkondensator eine Spannung erzeugt, welche zu der jeweiligen Dauer T2 der Schliessperioden des Schalters S1 proportional ist. Wenn die Speieherspannung der Konstantstromquelle 6 gleich gross ist wie die von der Subtraktionsstufe 5 gelieferte Differenzspannung, wird eine bistabile Kippstufe 8 eingeschaltet, die von ihrem Einsehaltzeitpunkt ab den Öffnungsimpuls für das Steuermagnetventil 9 liefert und beim nächsten Öffnungs- oder Schliessvorgang des Schalters S1 in ihre Ausgangslage zurückgestellt wird und dann den Füllvorgang in der Pumpe-Düse durch Schliessen des Steuermagnetventils beendet und dabei den Einspritzvorgang auslöst.

In Fig. 2 ist die linear mit der Schliessperiode T2 des Schalters S1 ansteigende Ladespannung am Kondensator der Konstantstromquelle 6 mit Ud für eine niedrige und mit Uc2 für eine höhere Drehzahl angedeutet. .

Der Drehwinkelgeber Λ und der Drehzahl-Spannungswandler 2 sind nach dem in Fig. J wiedergegebenen Schaltplan folgendermassen aufgebaut:

Der Drehwinkelgeber 1 enthält einen Permanentmagnetgenerator 11 mit einem Rotor 110, der an seinem Umfang 512 Zähne 111 aufweist und mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine gekuppelt ist. Beim Vorbeilaufen am Stator 112 des Generators entstehen in der feststehenden Wicklung 113 "bei einer Nockenwellenumdrehung 512 β 2? Spannungsimpulse, die einem ersten Tiefpassfilter 12 zugeführt werden.

Das Tiefpassfilter 12 enthält zwischen der Eingangskiemme 120 und seinem Ausgang eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen 121, 122 und einem Kondensator 125· Der Verbindungspunkt zwischen den

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beiden Widerständen 121, 122 ist über einen Kondensator 123 mit einer Minusleitung 34 verbunden. In gleicher Weis^e ist der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 122 und dem Kondensator 125 über einen Kondensator 124 an die Minusleitung 34 angeschlossen.

Der Schaltverstärker 13 dient dazu, aus dem näherungsweise sinusförmigen Ausgangssignal des ersten Tiefpassfilters 12 Rechteckimpulse zu formen. Der Schaltverstärker 13 enthält einen Operationsverstärker 130, dessen Ausgang über einen Widerstand 131 mit einer Plusleitung 35 sowie über einen Widerstand 132 mit dem nichtinvertierenden Eingang' verbunden ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers liegt über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 133? 134 am Abgriff eines Spannungsteilers, der aus zwei Widerständen 135? 136 besteht. Am Abgriff des genannten Spannungsteilers liegt weiterhin der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 130 über einen Widerstand 137· Schliesslich ist der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 133? 134 über einen Widerstand 136 mit der Plusleitung 35 verbunden.

Die monostabile Kippstufe 14 enthält zwei Transistoren 140, 141. Beim ersten Transistor' 140 ist der Emitter direkt mit der Minusleitung 34 und der Kollektor über einen Widerstand 142 mit der Plusleitung 35 verbunden. Beim zweiten Transistor 141 liegt der Emitter ah der Minusleitung 34 und die Basis über einen Widerstand 143 an der Plusleitung 35· Die Kopplung vom Kollektor des einen Transistors auf die Basis des anderen Transistors erfolgt einmal galvanisch über einen Widerstand und einmal kapazitiv über einen Kondensator 145· Weiterhin ist beim ersten Transistor 140 die Basis über einen Widerstand 146 lind der Kollektor über einen Widerstand 147 ah die Minusleitung 34 angeschlossen.

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Zwei Dioden 148, 149 bilden die Eingänge der monostabilen Kippstufe 14. Dabei ist die erste Diode 148 mit ihrer Anode an den Kollektor und die zweite Diode 149 mit ihrer Kathode an die Basis des ersten Transistors 140 angeschlossen. Die beiden Eingänge der monostabilen Kippstufe 14 sind init Hilfe von zwei RC-Gliedern, die je aus einem Kondensator 150 bzw. 152 und einem Widerstand 151 bzw. 155 bestehen, als dynamische Eingänge ausgebildet. Die beiden Kondensatoren 150, 152 liegen dabei jeweils am Ausgang des Operationsverstärkers 130 im Schaltverstärker 13· ·

Das erste Zeitglied 16 enthält einen Transistor 160, bei dem der Kollektor über eine Reihenschaltung zweier Widerstände 161, 162 und die Basis über einen Widerstand 163 mit der Plusleitung 35 verbunden sind. Der Emitter des Transistors 160 liegt direkt an der Minusleitung 3^. Die Basis des Transistors 160 ist weiterhin über einen Kondensator 164 an den Abgriff eines aus zwei Widerständen 165, 166 bestehenden Spannungsteilers angeschlossen. Der Spannungsteilerabgriff bildet den Eingang des ersten Zeitgliedes 16 und ist über eine Diode 167 mit dem Kollektor des zweiten Transistors 141 in der monostabilen Kippstufe 14 verbunden. Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 161, 162 bildet den Ausgang des ersten Zeitgliedes 16.

Die nachfolgende Sample-and-Hold-Schaltung enthält zwei Speicherkondensatoren 18, 19t einen Ladeschalter 20, ein Entladenetzwerk 21, einen Differenzverstärker 23» eine Umladestufe 24 und eine Ausgangsstufe 26. Im Ladeschalter 20 ist als aktives Bauelement ein Transistor 200 vorgesehen, dessen Kollektor über einen Widerstand 202 und dessen Basis über einen Widerstand 201 mit der Plusleitung 35 verbunden

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ist. Die Basis liegt weiterhin an der Anode einer Diode 203 ₅ deren Kathode mit dem Abgriff eines aus zwei Widerständen 204, 205 bestehenden Spannungsteilers und mit dem Ausgang des ersten Zeitgliedes 16 verbunden ist. Zwischen dem Emitter des Trans- · istors 200 und der Minusleitung 3^ liegt der erste Speicherkondensator 18.

Zur Entladung des ersten Speicherkondensators 18 ist das Entladenetzwerk 21 vorgesehen. Das Entladenetzwerk 21 ist über eine Eingangsleitung 229 mit dem Emitter des Transistors 200 im Ladeschalter 20 und über eine Aus gangs leitung 228 mit dem Kollektor des zweiten Transistors 141 in der monostabilen Kippstufe 14 verbunden.. An die Eingangsleitung 229 sind die Anoden von Dioden 210 und 212 bis 215 angeschlossen. Zwischen der Plus leitung 35 uncL der Aus gangs leitung 228 liegen parallel fünf Spannungsteiler 218, 219 bis 226, 227, die jeweils aus zwei Widerständen bestehen«, Die Kathoden der Dioden 212 bis 215 sind mit ge einem Spannungsteilerabgriff verbunden« Der Abgriff des ersten Spannungsteilers 218, 219 ist über eine Reihenschaltung aus einer Diode 211 und einem Widerstand 217 mit der Ausgangsleitung 228 verbunden» Die Kathode der Diode 210 liegt, über einen Widerstand 216 am Verbindungspunkt zwischen der Diode 211 und dem Widerstand 217.

Im Differenzverstärker 23 ist ein Operationsverstärker 230 vorgesehen«, dessen invertierender Eingang mit einem Eingangswiderstand 231 und dessen nichtinverti er ender Eingang, mit der Eingangsleitung 229 verbunden ist« Zur Begrenzung der Aus gangs spannung des Operationsverstärkers 230 liegen zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang zwei antiparallelgeschaltete Dioden 232^ 235«-

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Die Umladestufe 24 dient zum Aufladen bzw. Entladen des

zweiten Speicherkondensators 19· Dieser liegt mit seinem einen Anschluss an der Minusleitung 34 und mit seinem anderen Anschluss erstens über eine Reihenschaltung aus einer Diode 240 und einem Widerstand 241 am Ausgang des Operationsverstärkers 230 und zweitens über eine Reihenschaltung aus einer Diode 242 und einem Widerstand 243 an der Plusleitung 35· Der Verbindungspunkt zwischen der Diode 242 und dem Widerstand 243 ist über eine Diode 244 an den Ausgang des Operationsverstärkers 230 und über eine weitere Diode 245 an die Ausgangsleitung 228 angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen der Diode 240 und dem Widerstand 241 liegt am Kollektor eines Transistors 246, der im Gegensatz zu allen anderen bisher beschriebenen Transistoren als pnp-Transistor ausgebildet ist. Der Emitter des pnp-Transistors '246 liegt an der Plusleitung 35· Zwischen der Plusleitung 35 und der Ausgangsleitung 228 ist ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen 247, 248 angeordnet, dessen Abgriff mit der Basis des Transistors 246 verbunden ist.

Der nicht mit der Minusleitung 34 verbundene Anschluss des zweiten Speicherkondensators 19 liegt schliesslich noch über eine Diode 251 am Abgriff eines aus zwei Widerständen 249, 25O bestehenden und zwischen der Plusleitung 35 und der Minusleitung 34 liegenden Spannungsteilers. Der Verbindungspunkt zwischen den drei Dioden 240, 242, 251 ist mit dem Eingang der Ausgangsstufe 26 verbunden, die eine Komplementär-Darlingtonschaltung aus zwei Transistoren 260, 261 enthält. Der erste Transistor 260 ist als pnp-Transistor ausgebildet und liegt mit seinem Emitter an der Plusleitung 35i ^fflit seiner Basis am Kollektor und mit seinem Kollektor am Emitter des zweiten Transistors 261, der als npn-Transistor

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ausgebildet ist. Der Emitter des zweiten Transistors 261 ist an den Eingangswiderstand 231 des Operationsverstärkers 230 und über einen Widerstand 262 an die Minusleitung 34-angeschlossen. Die Basis des zweiten Transistors 261 bildet · den Eingang und der Emitter den Ausgang der Ausgangsstufe 26.

An der Ausgangsklemme A entstellt somit eine Spannung Un, welche proportional zur Drehzahl η der Brennkraftmaschine ist-o

An die Ausgangsklemme A des Drehzahl-Spannungs-Wandlers 2 ist einer der beiden Eingänge des Keglers 3 angeschlossen, dessen zweiter Eingang gemäss dem in Fig. 4 dargestellten !Prinzipschaltbild als Führungsgrösse den Drosselklappenöffnungs-•winkel 06 zugeführt erhält.

Der Regler 3 enthält einen Operationsverstärker 30, an,.dessen invertierenden Eingang die zur Drehzahl η proportionale Spannung Un und eine zum Drosselklappenöffnungswinkel «6 proportionale Spannung gelegt ist. .Vom Ausgang des Operationsverstärkers 30 führt eine Diode 31 zu zwei Spannungsteilerwiderständen 32 und 33· Am Widerstand 32 entsteht eine Spannung Ui, welche zu der für die geweilige Einspritzmenge mass gebende Öffnungsdauer ti des Steuermagnetventils proportional ist und in der aus Fig. 5 erkennbaren Weise linear nach den Abregelkurven 36, die für verschiedene öffnungswinkel gelten, linear verkürzt wird, wenn die Drehzahl η einen für diesen öffnungswinkel vorgegebenen Wert überschreitet.

Da die Öffnungsdauer ti des Steuermagnetventils 9 nach dem in Fig. 5 wiedergegebenen Kennfeld verschieden grosse Werte . haben kann, jedoch mit ihrem Ende den Einspritzbeginn und damit den Zündzeitpunkt bestimmt, muss der Beginn des Öffnungsimpulses abhängig von der jeweiligen Drehzahl η der Brennkraftmaschine früher oder später gelegt werden. Um die jeweiligen Drehzahl-

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änderungen ohne Verzögerung hierbei miterfassen zu können, wird im Periodendauer-Spannungswandler 4 eine Spannung Ut erzeugt, welche der vom Beginn eines Drehzahlimpulses ΊΟ bis zum Beginn des nächsten Drehzahlimpulses reichenden Periodendauer T1 proportional ist. Hierzu enthält der Wandler 4 gemäss seinem in Fig. 6 dargestellten Schaltbild eine Sample-and-Hold-Schaltung, die einen Differenzverstärker 23, eine Umladestufe 24 und eine Ausgangsstufe 26 enthält, wie sie bereits in dem Drehzahl-Spannungs-Wandler 2 verwendet sind. Sie tragen demgemäss die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3· Darüberhinaus enthält der Wandler 4 einen Speicherkondensator 400, der zwischen der gemeinsamen Plusleitung 35 und dem nicht invertierenden (Plus-) Eingang des Operationsverstärkers 230 angeordnet ist und in Reihe mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines Ladetransistors 401 liegt, der während der zwischen zwei Drehzahlimpulsen 10 liegenden Pausen den Speicherkondensator mit einem durch die Spannungsteilerwiderstände 402 und 403 sowie den Emittervorwiderstand 404 festgelegten Ladestrom konstanter Höhe auflädt. Parallel zum Speicherkondensator 400 liegt die Emitter-Kollektor-Strecke eines Entladetransistors 405» der mit seiner Basis am Kollektor eines ßteuertransistors 40.6 liegt, welcher an seiner .Basis über einen Koppelwiderstand 407 mit der Ausgangsklemme B des zum Schaltverstärker 13 gehörenden Operationsverstärkers 130 verbunden ist. In einer TJND-Verknüpfung liegt die Basis des Steuertransistors 406 über einen zweiten Koppelwiderstand 408 am Kollektor eines Schalttransistors 410, welcher im Ruhezustand durch einen seine Basis mit der Plusleitung 35 verbindenden Steuerwiderstand.411 stromleitend gehalten wird. Der Schalttransistor 410 ist mit einem Koppelkondensator 412, welcher zusammen mit dem Steuerwiderst aid. 411 ein Zeitglied bildet, an den Ausgang eines Transistors 413 angeschlossen, dessen Basis mit einem Basisableitwiderstand 414 an die ge-

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meinsame Minusleitung und über einen Steuerwiderstand 415 zusammen mit den beiden Koppelwiderständen 407 und/ 408 des Steuertransistors 406 an den Ausgangspunkt B des Operationsverstärkers 130 angeschlossen ist.

Zur Erklärung der Wirkungsweise des Perioden-Spannungswandlers 4 wird auf das Zeitdiagramm nach ?ig. 7 hingewiesen. In diesem ist im obersten Kurvenzug mit Rechtecken der Verlauf der Ausgangsspannung an der Klemme B des Operationsverstärkers 130 für zwei verschiedene Drehzahlen wiedergegeben^ Der darunter angeordnete Kurvenzug zeigt schmale Rechtecke 416 _? welch© aas Kollektorpotential des Schalttransistors 410 wiedergeben_P Dieser Schalttransistor wird nämlich dann gesperrt, wenn im Zeitpunkt t11 einer der Drehzahlimpulse 10 beginnt und den Vortransistor 413 stromleitend macht. Die kurze Dauer des Sperrzustandes des Schalttransistors 410 ist durch die Grosse des Koppelkondensatorg 412 und des Steuerwiderstandes 411 festgelegt. Nach Ablauf dieses kurzen Sperrzustandes kann der Steuertransistor' 406 stromleitend werden und dabei den Entladetransistor 405 in seinen, !»eitungszustand bringen, bei itf©le!a©Bt ..-er den Speieherkondensator 400 kurzschlisssto- Wenn, im .Seitpxmkt t12 ü,as de Brehzahlimpuls "10- endigt und d©mzu£©!g© das Potential d©r Ausgangsklemme B auf NuIl ZTOÜsfegeht _s wispfi der 406 gesperrt und sperrt dasa auch den. Satladets^>aasistos^!" #05 so dass der Ladetransistos?- 401 iröa diessm 2eitpusict ab ¥©11 Wirkung kommen kann. Bei wrhältnismässig aiedrig@a Bs'ehaahlen ist die Pause bis zu dem nächsten im Zeitpunkt tSI Tb©ginnenden Drehzahlimpuls vergleichsweise lang, so. dass sich der Speicher kondensator auf eine verhlltnismassig grosse Spannung Uc3 ■bis zum Beginn des nächsten Brehsahlimpulses aufladen kann_P Di durch eine strichpunktierte Linie in Figo 7 angedeutete Speicherspannung des Kondensators 400 wi'£ä in die Samplo-and-

übertragen und bis zum Begiim des im dritten

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sich in der Zwischenzeit die Drehzahl erhöht hat und zwischen dem im Zeitpunkt t22 erfolgenden Ende des zweiten Drehzahlimpulses und dem Beginn des dritten Drehzahlimpulses nur eine verkürzte Pause ergibt, erreicht die Spannung am Speicherkondensator einen entsprechend verringerten, bei Uc4 angedeuteten Wert j welcher der dann verkürzten Periodendauer T12 entspricht.

Die Subtraktionsstufe, der Komparator 7 und die bistabil« Steuerstufe sind in bekannter Weise aufgebaut und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 bis 10 werden winkelproportionale Grossen zur digitalen Ansteuerung eine? Pumpe-Düse verwendet. In seinem Aufbau unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel, das in Fig. 8 in seinem Blockschaltbild dargestellt ist, von dem Blockschaltbild nach Fig. 1. dadurch, dass von dem Nockenwellenschalter S1 anstelle einer Konstantstromquelle ein Impulszähler 60 sowie ein diesem nachgeschalteter Digital-Analog-Wandler 61 gesteuert wird. Ein· weiterer Unterschied besteht daxin, dass anstelle einer Subtraktionsstufe 5 eine Multiplizierstufe 51 vorgesehen ist. _i

Der Zähler 60 enthält acht bistabile Zählstufen 601 - 608_f deren Ausgänge über je einen zur Gewichtung des jeweiligen Zählers dienenden Widerstand mit einer Sammelleitung 609 verbunden sind, die am invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 610 liegt« Dieser wirkt als Analogwandler und liefert an seinem Ausgang eine Spannung TJ6, die dem jeweiligen, am Ende eines Schliessvorgangs des Schalters S1 erreichten Zählerstand entspricht. Während des Öffnungszustandes des Schalters Si werden alle Zähler 601 - 608 gelöscht und erst beim nächsten Schliesszeitpunkt des Schalters S1 erneut eingeschaltet.

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Die Wirkungsweise der in Eig. 10 im einzelnen naher dargestellten Multiplizierschaltung 51 beruht daraufj.dass ein Kondensator 556 wahrend einer von der drehzahlabhängigen Spannung Un abhängigen Bauer T durch einen Strom aufgeladen wird, der seinerseits τοη der die IFülldauer ti der Pumpe-Düse bestimmenden 5 YQm Begier 3 gelieferten Spannung Ui abhängt* Die am Ende der Bauer T am-Kondensator 556 liegende Spannung wird während einer festgelegten, kurzen Haltezeit t3 konstant gehalten und in eine Sample-and-Hold-Schaltung übertragen. Die Haltezeit t3 wird durch ein erstes Zeitglied Z1 bereitgestellt. Während einer sich unmittelbar anschliessenden, durch ein zweites Zeitglied Z2 festgelegten Entladezeit t4 wird der Kondensator 556 entladen«. Mach Ablauf der Entladezeit t4 beginnt der sich über die spannungsabhängige Dauer T erstreckende Ladevorgang von neuem· Die Ladedauer T wird bestimmt durch einen zweiten Kondensator 5^-75 &ev mit konstantem, von einem Emitterfolger-Transistor 5^6 geliefertem Strom aufgeladen wird. Die an dem Kondensator 5^7 entstehende Spannung wird einem Differenzverstärker 521 angeführt«, der als Schwellwertschalter ausgebildet ist und mit seinem nichtinvertierenden Eingang über einen Widerstand 522 an die drehzahlabhängige Spannung IJn gelegt isto. Wenn, die am Kondensator 5^7' entstehende Spannung den Wert dieser Spannung Un erreicht, schaltet der Differenzverstärker 521 durch und löst dabei das erste Zeitglied Z1 aus, das nach Ablauf der Haltezeit tj das zweite Zeitglied Z2 auslöst. In Mg. 11 ist die zeitliche Zuordnung dieser Torgänge mit den beiden Kurvenzügen 11b und 11c dargestellt* _t

Im einzelnen arbeitet die in ilg. 10 dargestellte Multiplizierschaltung folgendermasseni

Ein nicht dargestellter Differenzverstärker liefert wie in der SchaLteng nach S¹Ig. 3 an cLem Eingang 56 die au

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multiplizierende Spannung Un. Die drehzahlabhängige Spannung Un wird mit der dem invertierenden Eingang zugeführten Spannung des Kondensators 5^7 verglichen. Wenn die am Kondensator 5>47 während der Ladezeit T linear ansteigende Spannung den Wert der Spannung Un erreicht, entsteht am Ausgang des Differenzverstärkers 521 ein negativer Spannungssprung, mit welchem das erste Zeitglied Z1 angestossen wird, welches aus dem Transistor 530 > einem Kondensator 525 und aus einem Widerstand 526 besteht. Mit dem Kurvenzug 11b ist das Kollektorpotential des Transistors 530 dargestellt. Nach Ablauf der Haltezeit t3 wird das zweite Zeitglied Z2 angestossen. Dieses besteht aus einem Transistor 5^2, einem Kondensator 537 und einem Widerstand 538. In Fig. 11c ist der zeitliche Verlauf des Potentials am Kollektor des Transistors 5^2 dargestellt. Solange dieser Transistor sperrt, wird ein mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke zum zweiten Speicherkondensator 5^7 parallel geschalteter Entladetransistor 5^8 stromleitend gehalten, so dass der Kondensator 547 sich rasch entladen kann. Der Transistor 5^8 wird hierbei invers betrieben, da in diesem Falle die Sattigungsspannung im leitenden Zustand kleiner ist und demzufolge die am Kondensator 547 verbleibende Restspannung nur sehr niedrige Werte aufweist. In Fig. 11 ist mit dem Kurvenzug 11a der Verlauf der am Kondensator 547 liegenden Spannung wiedergegeben. Man ersieht dort ohne weiteres, dass die Ladedauer T umso langer wird, je höhere Absolutwerte die Spannung Un und demzufolge die Drehzahl η annimmt .

Um den Multipliziereffekt zu erzielen, wird der Kondensator 556 während dieser von der Spannung Un abhängigen Dauer T mit einem Ladestrom geladen, der mit der zur öffnungs- und Fülldauer ti proportionalen Spannung Ui ansteigt. Die jeweilige Grosse dieses Ladestromes wird durch den Transistor 555» cLer als Emitterfolger betrieben wird, und durch dessen Emitter-

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widerstand 55^ bestimmt. Die Basis dieses Transistors ist an den Kollektor eines Verstärkungstransistors 551 angeschlossen, der mit seiner Basis über einen Widerstand 550 an der Spannung Ui liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Ladestrom des Kondensators 556 linear mit der Spannung Ui ansteigt »

Während der Haltezeit tj wird die nach Ablauf der Ladedauer T am Kondensator 556 erreichte Spannung festgehalten., Dies wird dadurch erzielt, dass der Emitter des Transistors 555 durch den während der Haltezeit t3 leitenden (Transistor 557 mit der Minusleitung 52 verbunden und dabei der Transistor 555 gesperrt wird. Da der Transistor 559 ebenfalls noch gesperrt ist, bleibt die Spannung am Kondensator 556 erhalten und kann über den sehr hochohmxgen Emitterfolger-Transistor 561 weiterverarbeitet werden. Während der sich unmittelbar anschliessenden Entladezeit t4 wird der ebenfalls invers betriebene Transistor 559 leitend gehalten, so dass sich der Kondensator 556 über diesen Transistor entladen kann.

Die Weiterverarbeitung der während der Haltezeit tj aufrechterhaltenen Spannung am Kondensator 556 erfolgt mit Hilfe des Emitterfolger-Transistors 561 und der Diode 566, welche sicherstellen, dass sich ein dritter Speicherkondensator 571 auf die festgehaltene Spannung des ersten Speicherkondensators 556 entladen oder über einen an den Transistor 561 angeschlossenen . Emitterfolger-Transistor 565 und eine¹ mit diesem zusammenwirkende Diode 567 auf den jeweils während der Haltezeit t3 vorhandenen Spannungswert am Kondensator 556 aufladen kann.» Hierdurch wird erreicht, dass der dritte Speicherkondensator jeweils auf demjenigen Spannungswert liegt, den der erste Speicherkondensator 556 nach Ablauf seiner spannungsabhängigen Ladedauer erreicht hatte. Der Ladungsausgleich.am Kondensator kann jedoch nur während der Haltezeit t3 erfolgen» Während der

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übrigen Zeit bleibt die Spannung am Kondensator 571 erhalten und ändert sich erst während der nächsten Haltezeit, falls sich die Drehzahl oder die Einspritzmenge geändert hat. An den dritten Speicherkondensator 571 i^s"k ei*¹ hochohmiger Emitterfolger-Transistor 573 angeschlossen. Dieser liefert an seinem mit der Ausgangsklemme 55 verbundenen Emitter die Spannung Um, die proportional zum Produkt aus der Spannung Un und der Spannung Ui ist und den Änderungen dieser Grossen sehr schnell folgt, d.h. nach jeder Periode wieder den richtigen Wert annimmt, Die Spannung Um wird wie beim ersten Ausführungsbeispiel dem Komparator 7 zugeführt, der die bistabile Kippstufe 8 umsteuert und den Ladevorgang in der Pumpe-Düse einleitet, wenn Um und U6 gleich gross sind.

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Claims (1)

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   Ansprüche

   (1.]Diesel-Brennkraftmaschine mit einer elektrisch gesteuerten Einspritzanlage_? mit mehreren, je einem der Zylinder augeordneten, elektromagnetisch betätigbaren Spritzeinrichtungen, von denen Jede ein Steuermagnetventil für' den als Servodruckmittel dienenden, vor dem Magnetventil mit konstantem Druck anstehenden Kraftstoff 3 und einen Servokolben sowie einen von diesem beim Spritzvorgang verschiebbaren, vorzugsweise im Durchmesser kleineren Pumpenkolben und ferner eine federbelastete Spritzdüse enthält, die unter dem beim Spritzhub des Pumpenkolbens entstehenden, erhöhten Kraftstoff druck öffnet, wenn das Magnetventil am Ende der ihm zugeführten, von einer Transistorschalteinriehtung gelieferten Steuerimpulse in seine Ruhelage zurückkehrt, und mit einer Trans is tors ehalt einrichtung, welche die Dauer der Steuerimpulse und demzufolge die. Einspritzmenge in Abhängigkeit iron mindestens einem Betriebsparameter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein bei jeder Kurbelwellenumdrehung eine" Tielzahl von Impulsen (10) liefernder Drehwinkelgeber (1) gekuppelt ist und dass ein synchron zu den'Nockenwellenumdrehungen betätigbarer Schalter (S1) vorgesehen ist, dass' ferner eine elektrische Einrichtung vorgesehen ist, mit

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   welcher jeweils beim Schliessen bzw. öffnen des Schalters im Takte der Impulse des Drehwinkelgebers eine erste zeit- oder winkelproportionale Grosse erzeugt wird, die angibt, wann der nächste öffnungs- bzw, Schliessvorgang erfolgt, dass ferner aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Impulsen (10) die erforderliche Einspritzmenge als zweite zeit- oder winkelproportionale Grosse bestimmt wird und dass schliesslich bei Gleichheit beider Grossen das Steuermagnetventil (9) einer der Spritzeinrichtungen eingeschaltet und beim nächsten Schliess- oder Öffnungsvorgang des Schalters abgeschaltet wird.

   2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Drehwinkelgeber (1) ein Drehzahl-Spannungswandler (2) zur Erzielung einer drehzahlproportionalen Spannung (Ün) angeschlossen, und dass mit dem Ausgang des Drehzahl-Spannungswandlers ein die Füllzeit (ti) des Steuermagnetventils bestimmender Regler (5) verbunden ist, der eine zur Füllzeit proportionale Spannung (Ui) liefert.

   5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeit-Spannungswandler (*t) angeschlossen ist, der eine Spannung (U™,.) liefert, die zu der für einen festgelegten Kurbelwellendrehwinkel - vorzugsweise zu der für eine

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   Kurbelwellenumdrehung - benötigten Zeit (Ϊ2) proportional ist und dass eine Subtraktionsstufe (5) "vorgesehen ist, die mit einem ihrer beiden Eingänge an den Regler (3) und mit ihrem zweiten Eingang an den Zeit-Spannungswandler (4) angeschlossen ist und eine Ausgangsspannung liefert_s die der Differenz zwischen der für einen festgelegten Kurbelwellendrehwinkel benötigten Zeit (52) und der Püllzeit (ti) entspricht.

   4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schalter (S1) eine zur Ladung eines Speicherkondehsators dienende Konstantstromquelle (6) verbunden ist und dass die am Speicherkondensator entstehende, zeitproportionale Speicherspannung einem der Eingänge einer Vergleicherstufe (7) zugeführt ist, deren zxireiter Eingang mit dem Ausgang der ' Subtraktionsstufe (5) verbunden istο

   5· Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Drehwinkelgeber (1) ein vom Schalter (S1) gesteuerter Impulszähler (60) verbunden .ist, an dessen Ausgang ein Digital-Analogwandler (61) liegt, und dass an den Digital-Analogwandler einer, der beiden Eingänge einer Yergleicher-

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   stufe (7) angeschlossen ist, deren zweiter Eingang mit einer Multiplizierstufe (51) verbunden ist, die mit einem ihrer Eingänge an den Drehzahl-Spannungswandler (2) und mit ihrem anderen Eingang an den Hegler (3) angeschlossen ist.

   6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5i dadurch gekennzeichnet, dass ein dem bzw. den Steuermagnetventilen (9) vorge schalteter, bistabiler Multivibrator (8) an seinem Starteingang mit der Vergleicherstufe (7) und an seinem Stop-Eingang mit dem Schalter (S1) verbunden ist.

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