DE2339826A1 - Einrichtung zum steuern einer maschine, insbesondere einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den

Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

VPA 73/4045 Wl/Sie

Einrichtung zum Steuern einer Maschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine' Einrichtung zum Steuern einer .Maschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, in Abhängigkeit von Maschinenkenngrößen wie z.B. TJmdrehungsdauer der Maschine und Gaspedal- bzw. Drosselklappeneinstellung mit mindestens einer eine Steuergröße der Maschine wie z.B. Zündzeitpunkt oder Dauer der Brennstoffzufuhr beeinflussenden Einrichtung, die über einen vorgeschalteten Auswerter in Steuerabhängigkeit von einem digitalen Pestwertspeicher steht, in dem Werte für-jede Steuergröße als Funktion von diskreten Werten der Maschinenkenngrößen gespeichert sind und der seinerseits in Steuerabhängigkeit von einem Codierer steht, der eine einer Maschinenkenngröße entsprechende physikalische Meßgröße wie z.B. Winkel, Zeit, elektrische Spannung oder Länge in diskrete digitale Worte umsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bedarf an Speicherzellen für Ausgangsinformationen des Festspeichers zu verringern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer eine Charakteristik mit mindestens zwei verschiedenen Steigungen hat.

Eine derartige Charakteristik hat Bereiche, in denen ihr Anstieg geringer ist als in anderen Bereichen, d.h. Bereiche, in denen sich das Ausgangswort des Codierers (Analog-Digital-Umwandlers) weniger stark in Abhängigkeit von der Maschinengröße ändert als in anderen Bereichen. Andererseits gibt es Bereiche der Maschinenkenngrößen, in denen sich die Steuergrößen der Maschine nur wenig in Abhängigkeit von den Maschinenkenngrößen zu verändern brauchen. Durch einen Codierer mit einer Charakteristik, die mindestens zwei verschiedene Steigungen hat, kann diesem Sachverhalt unter Ein-

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sparung von Speicherzellen im digitalen Pestwertspeicher Rechnung getragen werden.

Da sich die Steuergrößen der Maschine häufig um so weniger zu ändern brauchen, je größer die Werte der Maschinenkenngrößen sind, nimmt günstigerweise die Steigung der Charakteristik des Codierers mit zunehmender Maschinenkenngröße ab.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbespiel näher erläutert:

Figur 1 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine.

Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Winkelcodierer der Einrichtung nach Figur 1.

Figur 3 zeigt das Codiermuster bisher üblicher Winkelcodierer.

Figur 4 zeigt das Codiermuster für den Winkelcodierer nach Figur 2 der erfindungsgemäßen Einrichtung nach Figur

Figur 5 zeigt die Ausgangscharakteristik des Winkelcodierers nach Figur 2 mit dem Codiermuster nach Figur 4.

Figur 6 verdeutlicht eine vorteilhafte Abwandlung der Einrichtung nach Figur 1.

Figur 7 zeigt einen Drehzahlcodierer.

In Figur 1 ist schematisch eine aus einem Ottomotor bestehende Verbrennungskraftmaschine 2 mit einem Abgasrohr 3 und einem Luftansaugrohr 4 dargestellt. Die Kurbelwelle 5 treibt eine nicht dargestellte Antriebswelle an.

Im Luftansaugrohr 4 ist eine Drosselklappe 8 angeordnet, die mit dem Gaspedal 9 mechanisch gekoppelt und mit diesem Gaspedal 9 verstellbar ist. Ferner ist im Luftansaugrohr 4 zwischen der Drosselklappe 8 und der Verbrennungskraftmaschine 2 ein Magnetventil 13 als Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in das Luftansaugrohr 4 angeordnet. Dieses Magnetventil 13 befindet sich in der Nähe der Drosselklappe 8. Sein Brennstoffeingang ist an eine Brennstoffpumpe 14 angeschlossen, die aus einem Tank 15 flüssigen Brennstoff in die Brennstoff-*·

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leitung 13a am Magnetventil 13 pumpt. Zur Druckkonstanthaltung in der Brennstoffleitung 13a ist an dieser Brennstoffleitung 13a noch ein Druckregler 16 angeschlossen, der bei Überschreiten einer Druckgrenze in der Brennstoffleitung 13a Brennstoff aus dieser Brennstoffleitung 13a in den Tank 15 zurückfließen läßt.

Die Zündkerzen der Verbrennungskraftmaschine 2 sind über einen Zündverteiler 18 an einer elektronischen Zündeinrichtung angeschlossen.

Der Steueranschluß des Magnetventils 13 sowie die elektronische Zündeinrichtung 19 sind über einen Digitalsignale in Analogsignale umsetzenden Auswerter 21 am Ausgang eines Pestwertspeichers 24 angeschlossen. An dem einen Eingang des Festwertspeichers 24 liegt der Ausgang eines Codierers (Analog-Digital -Umwandlers) 29, der an einem induktiven Aufnehmer angeschlossen ist, welcher sich gegenüber der Kurbelwelle 5 befindet und der eine Folge von hinsichtlich ihrer Phasenlage den oberen Totpunkten der Verbrennungskraftmaschine 2 zugeordneten Spannungsimpulsen abgibt. Die Impulsfrequenz dieser Impulsfolge ist von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine abhängig. Der zweite Eingang des digitalen Festwertspeichers 24 liegt am Ausgang eines weiteren, aus einem Winkelcodierer 30 bestehenden Codierers (Analog-Digital-Wandlers), der mit dem Gaspedal 9 und damit mit der Drosselklappe 8 mechanisch gekoppelt ist.

In den digitalen Festwertspeicher 24 werden eine aus dem Codierer (Analog-Digital-Umwandler) 29 stammende, der Momentandrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 2 entsprechende Eingangsadresse und eine weitere, aus dem Winkelcodierer 30 stammende, der momentanen Gaspedal- und Drosselklappenstellung entsprechende Eingangsadresse eingespeist. Das der momentanen Drehzahl und der momentanen Drosselklappen- bzw. Gaspedalstellung entsprechend der Charakteristik der Verbrennungskraftmaschine 2 zugeordnete digitale Ausgangswort des digitalen Festwertspeichers 24 wird vom Auswerter 21 in ein Ana—

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logsignal (Stromimpuls von entsprechender Dauer) für die Zündeinrichtung 19 und das Magnetventil 13 umgesetzt, d.h. Zündzeitpunkt und Brennstoffeinspritzdauer werden vom digitalen Pestwertspeicher 24 und dem ihm nachgeschalteten Auswerter 21 entsprechend der momentanen Drehzahl und Drosselklappen- bzw. Graspedalstellung im Einklang mit den im digitalen Festwertspeicher gespeicherten MaschinenkennfeId eingestellt.

Der Winkelcodierer 30 in Figur 1 weist einen Träger für Codierspuren 42 bis 45 auf, der aus einer hohlzylinderförmigen Metalltrommel 41 besteht. Auf der äußeren Mantelfläche dieser Metalltrommel 4-1 befindet sich ein Isolierstoffüberzug 46 mit den Codierspuren 42 bis 45 entsprechenden Fenstern, an denen die metallene Oberfläche der Trommel 41 freiliegt. Die Godierspuren 42 bis 45 sind senkrecht zu den Mantellinien der hohlzylinderförmigen Metalltrommel 4I und zu vier Gruppen zusammengefaßt, von denen jede Gruppe in einer anderen Querschnittsebene der hohlzylinderförmigen Metalltrommel 4I liegt. Die Querschnittsebenen, in denen sich die vier Codierspurengruppen befinden, sind zueinander parallel.

Der Eingang des Winkeleodierers 30 wird durch eine in Figur 2 dargestellte Welle 47 gebildet, die außen am Boden 48 der hohlzylinderförmigen Trommel 4I koaxial zur hohlzylinderförmigen Trommel 4I angeordnet ist.

Der Ausgang des Winkelcodierers 30 besteht aus vier elektrisch leitenden Bürsten 49 bis 52, die außen an der Mantelfläche der hohlzylinderförmigen Trommel 41 anliegen. Jede der Bürsten 49 bis 52 ist einer der Codierspurengruppen 42 bis 45 zugeordnet und liegt in derselben Querschnittsebene wie die Codierspuren der ihm zugeordneten Codierspurengruppe. Je nach der Winkelstellung der hohlzylinderförmigen Metalltrommel 41 liegen die Bürsten 49 bis 52 am Isolierstoffüberzug 46 oder an einer Codierspur 42 bis 45 an. Liegt eine der Bürsten 49 bis 52 an einer Codierspur 42 bis 45 an, so ist über die Metalltrommel 4I und die betreffende Bürste ein Stromkreis geschlossen. Das bedeutet, daß die vier Bürsten

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49 bis 52 einen Ausgang des Winkelcodierer 30 bilden, an

und dem ein der jeweiligen Winkelstellung der Welle 47 damit der hohlzylinderförmigen Trommel 41 entsprechendes Ausgangswort ansteht, das aus einer vierstelligen (4 Bit) Dualzahl besteht. Da die Welle 47 durch das Gaspedal 9 verdreht wird, ist das an den Bürsten 49 bis 52 anstehende Ausgangswort auch der jeweiligen Gaspedal- bzw. Drosselklappenstellung zugeordnet.

Figur 3 zeigt die Abwicklung eines Codiermusters, so wie es bisher für einen Winkelcodierer 30 nach Figur 2 üblich ist. Jede Codierspur einer der Codierspurengruppen 42 bis 45 hat senkrecht zu den Mantellinien der hohlzylinderförmigen Trommel 41 gesehen die gleiche Länge wie die anderen Codierspuren derselben Gruppe. Ferner ist der Abstand zweier Codierspuren einer jeden Codierspurengruppe 42 bis 45» die jeweils die Codierspuren gleicher Wertigkeit enthält, gleich. Demgemäß hätte ein Winkelcodierer mit einem Codiermuster nach Figur eine lineare Ausgangscharakteristik z.B. entsprechend der Geraden A in Figur 5. Diese Ausgangscharakteristik zeigt die Abhängigkeit des Ausgangswortes des Winkeleodierers von der Drosselklappenstellung oC bzw. der Gaspedalstellung.

Demgegenüber zeigt Figur 4 die Abwicklung des Codiermusters eines Winkelcodierers entsprechend Figur 2 für eine erfindungsgemäße Einrichtung. In jeder der Codierspurengruppen 42 bis 45 haben die Codierspuren wenigstens zwei verschiedene Längen. In Figur 4 werden die Codierspuren in jeder Codierspurengruppe 42 bis 45 immer länger je größer der Winkel o( ist. In Figur 5 zeigt die Kurve B die Charakteristik, d.h. das Ausgangswort eines Winkelcodierers nach Figur 2 mit einem Codiermuster nach Figur 4. Die Kurve B und damit die Charakteristik des Winkelcodierers sind höchstens teilweise linear. Auch nimmt der Anstieg der Kurve B und damit des Ausgangsworis des Winkelcodierers nach Figur 2 mit dem Codiermuster nach Figur 4 mit zunehmendem Drosselklappenwinkelo( ab. Dies hat den Vorteil, daß in Bereichen niedriger Drosselklappenwinkel <*, , in denen sich der Luftdurchsatz durch das Ansaugrohr 4 sehr stark

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in Abhängigkeit vom DrosselklappenwinkeloC ändert, sich auch das Ausgangswort am Ausgang des Winkelcodierers sehr stark in Abhängigkeit vom Drosselklappenwinkel o( ändert. Demgemäß kann dem Bereich kleiner Drosselklappenwinkel<* auch mehr Speicherplatz im digitalen Pestwertspeicher 24 zugeordnet werden, so daß Zündzeitpunkt und Brennstoffzufuhr im Bereich niedriger Drosselklappenwinkel <* sehr genau der Luftzufuhr zur Verbrennungskraftmaschine 2 angepaßt werden können. In Bereichen höherer Drosselklappenwinkel oC ändert sich Luftzufuhr zur Verbrennungskraftmaschine 2 nur noch wenig in Abhängigkeit vom Drosselklappenwinkel oi. . In diesem Bereich ist der Anstieg der Kurve B und damit der Charakteristik des Winkelcodierers erheblich verringert, so daß dem Bereich großer Drosselklappenwinkel nur wenig Speicherplatz im digitalen Festwertspeicher 24 zugeordnet zu werden braucht. Da sich die Luftzufuhr im Bereich großer Drosselklappenwinkel c< nur wenig mit dem Drosselklappenwinkel oC verändert, braucht sich in diesem Drosselklappenwinkelbereich auch der Zündzeitpunkt und die Brennstoffzufuhr nur wenig mit dem Drosselklappenwinkel o( zu verändern.

Die Kurven A und B machen den Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besonders deutlich. Da der Anstieg der Kurve A im Bereich niedriger Drosselklappenwinkel o( kleiner ist als der der Kurve B können diesem Drosselklappenwinkelbereich Zündzeitpunkt und Brennstoffzufuhr nicht im genügenden Maße der Maschinencharakteristik der Verbrennungskraftmaschine 2 angepaßt werden. Die Folge davon ist z.B.,daß die Verbrennungskraftmaschine 2 nicht optimale Leistung abgibt oder daß sich zu viel Schadstoffe im Abgas der Verbrennungskraftmaschine befinden. Im Bereich großer Drosselklappenwinkel o< ändert sich entsprechend der Kurve A das Ausgangswort zu stark mit dem Drosselklappenwinkel <* . Dies bedeutet, daß der digitale Pestwertspeicher 24 eine Reihe überflüssiger, großer Drosselklappenwinkel zugeordneter Speicherzellen enthält, deren Ausgangsworte praktisch gleich sind. Diese überflüssigen Speicherzellen werden durch eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einem

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Winkelcodierer, der eine Charakteristik für sein Ausgangs- . wort entsprechend der Kurve B in Figur 5 hat, eingespart.

Zur Grlättung der sich eventuell sprunghaft ändernden Ausgangsgrößen des Auswerters 21 kann es günstig sein, zwischen den Auswerter 21 und die Zündeinrichtung 19 sowie das Magnetventil 13 mindestens einen, in Figur 6 dargestellten Tiefpaß 25 zu schalten. Eine Glättung dieser Ausgangsgrößen kann auch durch eine dem digitalen Festwertspeicher 24 zugeordnete Interpolati ons schaltung beispielsweise entsprechend unserer Patentanmeldung P 23 03 182.5. - VPA 73/4003 - "Einrichtung zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine" erzielt werden.

Wie Figur 7 zeigt, kann der Codierer 29 für die Drehzahl aus einem Zähler 57 bestehen, der in Steuerabhängigkeit vom Impulsgeber 23 steht. Der Zähler 57 ist durch einen ersten Impuls des Impulsgebers 23 einschaltbar und durch einen folgenden zweiten Impuls dieses Impulsgebers 23 wieder ausschaltbar. Der Impulsgeber 23 kann aus einer Induktionsspule bestehen, in der durch einen auf der Mantelfläche der Welle 5 sitzenden Permanentmagneten jeweils dann ein Spannungsimpuls in der Induktionsspule erzeugt wird, wenn dieser Permanentmagnet an der Induktionsspule vorbeistreicht. Der zeitliche Abstand der vom Impulsgeber 2:5 gelieferten Impulse ist also ein Maß für die Umdrehungsdauer der Welle 5.

Der Zähler 57 wird von einem Taktgeber 54 gespeist. Diesem Taktgeber 54 ist eine Ansteuereinrichtung 55 zugeordnet, die ebenfalls in Steuerabhängigkeit vom Impulsgeber 23 steht. Diese Ansteuereinrichtung 55 ändert die Taktfrequenz des Taktgebers 54 in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand, den die vom Impulsgeber 23 gelieferten Ein- und Ausschaltimpulse für den Zähler 57 haben. Beispielsweise ist die Ansteuereinrichtung ein Modulator 55, der ebenfalls in Steuerabhängigkeit vom Impulsgeber 23 steht. Dieser Modulator 55 verändert die Taktfrequenz des Taktgebers 54 in Abhängigkeit von der verflossenen Zeitspanne, gezählt vom Zeitpunkt des vom Impulsgeber 23 an den Zähler 57 gelieferten Einsatζimpulses. Beispielsweise

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kann sich die Frequenz des Taktgebers 54 sägezahnartig mit wachsendem Abstand vom Einsatzimpuls vermindern, so daß zu Beginn der Zählperiode viele Pulse pro Zeiteinheit anfallen, im weiteren Verlaufe der Zählperiode aber immer weniger Pulse pro Zeiteinheit. Auf diese Weise werden die kürzeren Umdrehungszeiten relativ zu den längeren Umdrehungszeiten genauer gemessen.

Der Ausgang des Zählers 57, an dem eine der jeweiligen Umdrehungsdauer der Welle 5 zugeordnete Dualzahl ansteht, ist an dem einen Eingang des digitalen Pestwertspeichers 24 angeschlossen.

5 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims (5)

VPA 73/4-045 Patentansprüche

1.!Einrichtung zum Steuern einer Maschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, in Abhängigkeit von Maschinenkenngrößen, wie TJmdrehungs dauer der Maschine und Gaspedalbzw. Drosselklappenstellung, mit mindestens einer eine Steuergröße der Maschine wie Zündzeitpunkt oder Dauer der Brennstoffzufuhr beeinflussenden Einrichtung, die über einen vorgeschalteten Auswerter in Steuerabhängigkeit von einem digitalen Festwertspeicher steht, in dem Werte für jede Steuergröße als Punktion von diskreten Werten der Maschinenkenngrößen gespeichert sind und der seinerseits in Steuerabhängigkeit von einem Codierer steht, der eine einer Maschinenkenngröße entsprechende physikalische Meßgröße wie Winkel, Zeit·, Spannung oder Länge in diskrete digitale Worte umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer eine Charakteristik mit mindestens zwei verschiedenen Steigungen hat.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Charakteristik des Codierers mit zunehmender Maschinenkenngröße abnimmt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Auswerter und der eine Steuergröße beeinflussendoiEinrichtung eine Spannungsglättungsschaltung, vorzugsweise eine Interpolationsschaltung oder ein Tiefpaß, geschaltet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer ein Träger für Codierspuren aufweist, auf dem die Codierspuren gleicher Wertigkeit mindestens zwei verschiedene Längen haben.

5. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer einen, jeweils durch einen Spannungsimpuls ein- und ausschaltbären, aus einem Takt-

*)en

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geber gespeisten Zähler aufweist, der an seinem Ausgang dem zeitlichen Abstand zwischen Einschalt- und Ausschaltimpuls entsprechende digitale Worte bildet, und daß dem Taktgeber eine Ansteuereinrichtung, vorzugsweise ein Modulator, zugeordnet ist, die seine Taktfrequenz in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zwischen Einschalt- und Ausschaltimpuls für den Zähler verändert.

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