DE2340216A1

DE2340216A1 - Elektronisches brennstoffsteuersystem fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2340216A1
Application number: DE19732340216
Authority: DE
Inventors: Theodore W Keranen
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1973-08-08
Publication date: 1974-03-07
Also published as: GB1373198A; JPS4958230A; FR2197121A1; CA993082A; IT992902B; US3982503A

Description

Patentanwalt

Kar! A. B rose

Dip .-Irg.

D-8023 München - Pullach
W

vI/No - 4964-A München-Pullach, 8. August 1973

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48 075, USA

Elektronisches Brennstoffsteuersystem für- Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betriift Verbesserungen bei elektronischen Brennstoffsteuersystemen für Brennkraftmaschinen und insbesondere Verbesserungen an elektronischen Brennstoffsteuersystemen für Kraftfahrzeuge, bei welchen die in die Maschine eingespritzte Brennstoffmenge aus Signalen errechnet wird, die kennzeichnend für die Betriebsparameter der Maschine sind und von verschiedenen Quellen abgeleitet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Brennstoffsteuersystem, welches ein die Luftdichte im Ansaugrohr der Maschine kennzeichnendes Signal von einem Luftdichte-Computer ableitet. Das System errechnet genau die Brennstoffanforderung der Maschine, wobei das gewünschte Luft-zu-Brennstoff-Verhältnis während der Übergangsperiode aufrechterhalten wird, also zwischen dem Zeitpunkt des Startens der Maschine und dem Zeitpunkt, bei welchem die Maschine und die ihr zugeordneten Einrichtungen die normale Betriebstemperatur erreicht haben.

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Bei den bekannten elektronischen Brennstoffsteuersystemen gelangen verschiedene Abtastereingangsgrößen zur Anwendung, um die Brennstoffanforderungen der Brennkraftmaschine zu

berechnen. Es ist gut bekannt, daß zum Starten einer kalten Maschine eine Brennstoffanreicherung erforderlich ist und daß dieser 3etrieb aufrechterhalten werden muß, bis eine Nenntemperatur der Maschine erreicht ist, die gewöhnlich bei ca. 25°C lieg-t. Gemäß dem Stand der Technik hat man. bereits die Anforderung nach einer Brennstoffanrei·:"/^: ,ng >:surr^i der Aufwärruperiode bei Brennkraftmaschinen ei'k.iL-i.t, \ir:":.. as sind eine fieihe von Einrichtungen bekannt, um der Maschine wänrend der Aufwärmperiode eine zusätzliche Brennstoffmenge zuzuführen. Die Brennstoffanreicherung nach dem Stand der Technik hat jedoch in erster Linie den Zweck, den Betrieb der Maschine während der Aufwärmperioae aufrechtzuerhalten, und aiese Anreicherung wird dann so schnell wie möglich beendet. Neuerliche Beobachtungen hinsichtlich der Abgabe von übermäßig vielen unerwünschten Gasen aus den Auspuff leitungen :;.:: Automobilen bzw. Kraftfahrzeugmaschinen. führten auch zu ei;:er ^ens .ieren Beobachtung der Aufwärmperiode, während welcher sich viele Betriebsparameter der Maschine ändern.

Man kennt eine Heihe von Faktoren, welche die Brennstoffanforderungen während der Übergangsperiode zwischen dem Zeitpunkt des Starts der Maschine und dem Zeitpunkt des Erreichens der normalen Betriebstemperaturen von ca. 75°G beeinflussen. Der erste und hervorstechendste Faktor besteht in der Kondensation des in das Kaltluft-Ansaugrohr eingespritzten Brennstoffs. Dies ist ein kurz dauernder Prozeß, der endet, wenn die das Einlaßventil umgebenden Flächen ausreichend aufgewärmt sind, um eine vollständige Verdampfung des eingespritzten Brennstoffs zu bewirken. Der eingespritzte Brennstoff wird normalerweise in unmittelbarer Nachbarschaft vom Einlaßventil, welches sich relativ schnell erwärmt, eingesprüht, wodurch die Anforderung nach zusätzlichem Brennstoff, nachdem eine vorbestimmbare Temperatur von ca. 25°C erreicht ist, beendet wird. Diese Zeit dauert normalerweise weniger als ein paar Minuten.

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ORIGINAL !NSPECTTEO

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Der zweite Faktor besteht in der Änderung der Luftdichte als Funktion der Temperatur der Luft. Versuche haben gezeigt, daß während der Übergangsperiode zwischen dein .Startseitpunkt und dem Zeitpunkt des Erreichens der normalen Betriebstemperatur der Maschine der Ausstoß von Kohlenmonoxyd (GO) schrittweise zunimmt. Diese Zunahme der Kohlenmonoxyd-bzw. GO-Abgabe erstreckt sich jedoch auch über den Zeitpunkt hinaus, wenn also die herkömmlichen Brennstoffsteuercomputer, die auf die Abtaster der Maschine ansprechen und die Temperatur der "Maschine oder deren Kühlmittel überwachen, bereits aufgehört haben, die Brennstoffabgabe als Funktion der Maschinentemperatur zu korrigieren. Der Ausstoß des Kohlenmonoxydwertes ist bekanntlich ein Anzeichen für das Luft—zu-Brennstoff-Verhältnis der Maschine, und da angenommen wird, daS der Brennstoffsteuercomputer richtig eine Korrektur entsprechend dem Druck der Luft im Ansaugrohr einführt, schreibt man die Zunahme des Kohlenmonoxydwertes den Änderungen in der Luftdichte während dieser Übergangsperiode zu.

Die Temperatur der von der Maschine angesaugten Luft ist ein<3 Funktion von verschiedenen Faktoren. Der erste Faktor besteht in der Temperatur der Umgebungsluft, bevor sie in das Luftansaugrohr gelangt. Dieser Faktor ist in der US-Patentschrift 5 4^6 628 erläutert, und in dieser Patentschrift ist auch ein Temperaturabtaster an der Einlaßöffnung zum Luftansaugrohr erläutert, durch welchen eine Korrektur zweiter Ordnung für den Brennstoffsteuerkomputer für die Temperatur der Umgebungsluft eingeführt wird bzw. vorgesehen wird. Vor dem Eintritt der Umgebungsluft in die Verbrennungskammer der Maschine wird diese Luft jedoch durch verschiedene Quellen aufgewärmt, die wie folgt sind: 1) Der Luftreiniger, Drosselkörper und Ansaugrohr, welche sich in thermischer Berührung mit der Maschine befinden und sich langsamer erwärmen, und zwar aufgrund ihrer thermischen Trägheit und entfernten Lage bzw. Anordnung; 2) die rückgeführten Abgase (EGR), welche in das Ansaugrohr geführt werden, um die Abgabe von Stickstoffoxyden (NC ) zu reduzieren; 3) die restlichlicheii Abgase, die

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im Zylinder und in der Einlaßöffnung nach dem Ausstoßhub der Maschine zurückbleiben und 4) die Einlaßöffnung und die inneren Flächen der Zylinder, die nach der Aufwärmung der Maschine heißer werden. Diese Quellen erwärmen die Luft in unterschiedlichem Ausmaß und mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, wobei sich dieser Erwärmungsvorgang weit üder die Zeit erstrecken kann, die durch die die Maschinentemperatur oder die Temperatur des Kühlmittels erfassenden Abtaster angezeigt wird.

Gemäß dem Stand der Technik hat man auch bereits erkannt, daß die Brennstoffanforderung einer Maschine während der Aufwärmperiode durch eine Kombination von Faktoren bestimmt wird, die nicht die Temperatur an der öffnung des Einlaßventils und die Temperatur der Umgebungsluft betreffen. In der US-Patentschrift 3 566 846 werden Korrigiermaßnahmen für die an die Maschine abgegebene Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Kombination zweier Phänomene vorgenommen, von denen das eine eine Kurzzeitkonstante aufweist, die auf die zuvor erläuterte Kondensationserscheinung zurückgeführt werden kann, und von denen die zweite eine Langzeitkonstante aufweist, die aus einer Kombination aus den Temperaturen von Brennstoff und Luft bestehen kann. Die Korrektur der Brennstoffabgabe beim Gegenstand der US-Patentschrift 3 566 846 basiert auf einer Information v8n einem öltemperaturabtaster empfangen wird, der nahezu die gewünschte Temperaturverzögerung aufweist. Beim Gegenstand der zuvor genannten Patentanmeldung ist die Korrektur jedoch nur wirksam, wenn die öltemperatur unter O⁰C liegt, und sie betrifft daher die Startperiode und anfängliche Aufwärmperiode einer Maschine, die in einer extrem kalten Umgebung unter O⁰C arbeitet, und betrifft nicht Übergangsbedingungen, die auch noch bei Temperaturen gut oberhalb O⁰G existieren. Eine Erweiterung des Konzepts dieser Patentschrift auf den gewünschten Temperaturbereich führt zu einer angenäherten Korrektur der Brennstoffanforderungen der Maschine, dies ist jedoch mangelhaft, da die abgetastete Temperatur Variablen unterworfen ist, die nicht direkt auf die Temperatur der Luft im Ansaugrohr der Maschine bezogen sind. Die ölmenge in einer

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herkömmlichen Maschine kann bis 20 % schwanken, die Viskosität der im Winter und im Sommer verwendeten öle schwankt beträchtlich, und der Verschmutzungszustand des Öls kann beträchtliche Änderungen in den Wärmeeigenschaften desselben hervorrufen. Diese und weitere unabhängige Variable verschlechtern das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit, mit welcher die Luft im Ansaugrohr aufgewärmt wird, und die Geschwindigkeit, mit welcher sich das öl erwärmt.

Der Gegenstand der US-Patentschrift 3 589 34-5 betrifft im wesentlichen eine Hilfssteuervorrichtung herkömmlicher Ausführungsform, um eine Kompensation der Maschinen- und Lufttemperatur einzuführen, und es wird gemäß dem Vorschlag dieser US-Patentschrift ein einzelner Fühler an der Einlaßöffnung des Einlaßventils vorgesehen, um den kombinierten Effekt von sowohl der Maschinen- als auch Lufttemperatur zu messen. Die Funktion dieses einzelnen Fühlers ist auf den Kühleffekt der Kaltluft auf die Temperatur der Maschine an der öffnung des Einlaßventils gerichtet, d.h. ist auf die Kompensation der Kondensation des in eine kalte Maschine eingespritzten Brennstoffs gerichtet und nicht auf die Änderung in der Luftdichte als Funktion der Temperatur während der Übergangs-Aufwärmperiode. Der in der US-Patentschrift 3 589 345 erläuterte Fühler besteht aus einem herkömmlichen Maschxnentemperaturabtaster, welcher an einer ungewöhnlichen Stelle gelegen ist und zu einer genaueren Bestimmung der Temperatur in der Zone führt, in welcher der Brennstoff eingespritzt wird, als ein entfernt gelegener Fühler, welcher die Temperatur des Kühlmittels der Maschine mißt.

Eine weitere Patentschrift, die ebenfalls die Brennstoffkompensation als Funktion der Temperatur betrifft, ist die US-Patentschrift 3 605 703» die ein Verfahren zum Korrigieren der Länge des Brennstoffeinspritzimpulses umfaßt, um eine Kompensation für die Bildung von Gasblasen in dem Brennstoff einzuführen, wenn die Maschine warmläuft oder im heißen Zustand abgesoffen ist. Die zuvor erwähnte Patentschrift ist auf die oberen Grenzen des Mj^schinentemperaturspektrums gerichtet und auf die Brenn—

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stoffdichte, jedoch nicht auf die Dichte der Luft.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Luftdichtecomputer für eine spezielle Funktion geschaffen, und zwar für einen elektronischen Brennstoffsteuercomputer, welcher die Brennstoffabgabe an die Maschine während der Übergangsaufwärmperiode der Maschine korrigiert. Der Luftdichtecomputer erfaßt die Temperatur der Luft im Ansaugrohr der Maschine und erzeugt für den Brennstoffsteuercomputer ein Signal, wodurch der Computer veranlaßt wird, zusätzlich Brennstoff für die Maschine vorzusehen, um der erhöhten Dichte der kalten Luft Rechnung zu tragen bzw« zu kompensieren, die von der Maschine im Zeitraum zwischen dem Start der Maschine und dem Zeitpunkt, zu welchem die Zubehörteile der Maschine die normale Betriebstemperatur erreicht haben, angesaugt wird. Die Brennstoffabgabekompensation, die durch den Luftdichtecomputer eingeführt wird, führt zu dem Aufrechterhalten eines gewünschten Brennstoff-zu—Luft-Verhältnisses während der Übergangsperiode, die auf den Start einer kalten Maschine folgt, wobei auch die Abgabe von unerwünschten Auspuffgasen reduziert wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine, deren Brennstoffsteuercomputer, Luftdichtecomputer und der funktioneilen Beziehung;

Figur 2 eine Schnittdarstellung eines Teiles einer Brennkraftmaschine, wobei eine bevorzugte Lage eines Temperaturfühlers veranschaulicht ist;

Figur 3 ein Blockschaltbild, welches die Anwendung des Luftdichtecomputers bei einem Brennstoffsteuercomputer, der einen einzelnen Einspritzimpuls erzeugt, zeigt;

Figur 4- ein Blockschaltbild, welches die Anwendung des Luftdichtecomputers in Verbindung mit einem Brennstoffsteuercomputer zeigt, welcher zwei aufeinanderfolgende Einspritzimpulse erzeugt; und

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Figur 5 einen Stromlaufpian einer bevorzugten Ausführungsform des Luftdichtecomputers.

Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit dem elektronischen Brennstoffsteuersystem, wobei der Luftdichtecomputer nach der Erfindung zur Anwendung gelangt, in schematischer Darstellung. Das System besteht aus einer Brennkraftmaschine 10 mit ihrem Eingabebrennstoffsystem 11, welches Brennstoff einem Satz von elektrisch aktivierten Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 abgibt, die am Ansaugrohr 13 gelegen sind. Der Luftstrom zur Maschine wird durch eine vom Fahrer in Lage gebrachte Drosselsteuervorrichtung geregelt, welche in Form eines Fußpedals 14· veranschaulicht ist und über ein Gestänge 15 das Drosselventil 16 betätigt, welches im Luftansaugrohr 13 gelegen ist. Die Luft wird über ein Luftfilter 17 in das Ansaugrohr eingeführt, während die rückgeführten Abgase vermittels eines Kanals 18 in das Ansaugrohr Ί3 eingeführt werden, wobei dieser Kanal das Abgasrohr 19 mit dem Ansaugrohr 13 verbindet.-Die Brennstoffabgabe an die Maschine 10 wird durch den Brennstoffsteuercomputer 20 gesteuert, der auf die Signale von den Maschinenabtastern anspricht, wie beispielsweise den Abtaster 21 für den absoluten Druck im Ansaugrohr, dem Abtaster 22 für die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine und weitere nicht gezeigte Abtaster, welche Betriebszustände oder Bedingungen der Maschine anzeigen. Der Brennstoffsteuercomputer 20 errechnet die richtige Brennstoffmenge, die für einen wirkungsvollen Betrieb der Maschine erforderlich ist, und erzeugt elektrische Brennstoffsignale, die kennzeichnend für die Brennstoff anf orderung der Maschine sind. Diese Brennstoffsignale aktivieren Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12, die dann den Brennstoff in das Ansaugrohr 13 proportional zu den empfangenen Signalen einführen. Der Luftdichtecomputer 23 nach der Erfindung besteht aus einer elektronischen Steuerschaltung, die auf Signale von einem zugeordneten Temperaturfühler 24 anspricht, welche die Temperatur der Luft im Ansaugrohr 13 feststellt. Der Luftdichtecomputer 23 spricht auf die Signale vom Temperaturfühler 24 ac und erzeugt Dichtesignale, die in geeigneter

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Weise die von dem Brennstoffsteuercomputer 20 erzeugten Brennstoffsignale abändern und für eine Kompensation der temperaturabhängigen DichteSchwankungen der Luft im Ansaugrohr 13 sorgen.

Figur 2 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung der Maschine 10 von Figur 1. Der Temperaturfühler 24 ist im Ansaugrohr 13 in der Nähe der öffnung 25 des Einlaßventiles gelegen, ist jedoch außerhalb des Sprühkegels der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 gelegen, so daß der Brennstoffsprühstrahl nicht den Abtastvorgang des Temperaturfühlers 24 beeinflussen kann. Der Temperaturfühler 24 ist gegenüber der Wand der Ansaugrohres 13 isoliert und erfaßt direkt die Temperatur der angesaugten Luft. Wenn der Kolben 27 das obere Hubende erreicht, so öffnet sich das Einlaßventil 26, und es werden die restlichen Gase aus der Verbrennungskammer 28 in das Ansaugrohr 13 strömen. Diese Gase t-ragen zur Erwärmung der Luft im Ansaugrohr in der unmittelbaren Nachbarschaft der öffnung 25 des Einlaßventiles bei. Wenn der Kolben 27 von seiner oberen Stellung während des Ansaugzyklusses abgezogen wird, so wird dadurch der absolute Druck in der Verbrennungskammer 28 vermindert, so daß dadurch die Luft im Ansaugrohr 13 in die Verbrennungskammer 28 einströmt. Der Temperaturfühler 24 xn der unmittelbaren Umgebung der öffnung 25 des Einlaßventiles tastet die Temperatur der in die Verbrennungskammer 28 einströmenden Luft ab. Es ist offensichtlich, daß der Temperaturfühler 24 schnellen Temperaturänderungen unterworfen ist bzw. ausgesetzt ist, die zwischen dem Zeitpunkt des Eintretens der restlichen Abgase in das Ansaugrohr 13 und dem Zeitpunkt des Beginns des Einströmens der Luft des Ansaugrohres in die Verbrennungskammer 28 während des Ansaugzyklusses. Die Ansprechzeit der meisten Temperaturfühler ist angemessen niedrig, um eine Integration dieser Temperaturschwankungen zu bewirken, wobei dann ein Signal erzeugt wird, welches kennzeichnend für die mittlere Temperatur der Luft ist, welche in die Verbrennungskammer 28 einströmt. Obwohl gezeigt ist, daß der Temperaturfühler 24 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel so dicht wie möglich an der öffnung 25 des Einlaßventiles angeordnet ist, so sind auch andere Stellen möglich, die weiter stromaufwärts

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im Ansaugrohr 13 gelegen sind, jedoch stromabwärts von der Stelle gelegen sind, bei welcher die rückgeführten Abgase in das Ansaugrohr 13 eingeführt werden. Der Temperaturfühler 24 erfaßt an diesen entfernt gelegenen Stellen nicht die Temperatur direkt an der Einlaßöffnung und wird dann in einem geringeren Ausmaß durch die Temperatur der Gase beeinflußt, die in das Ansaugrohr 13 von der Verbrennungskammer 28 her einströmen. Der Luftdichtecomputer 23 kann jedoch so ausgelegt sein, daß er empirisch die mittlere Lufttemperatur an der Einlaßöffnung berechnet. Das Gasvolumen, welches bei jedem Hub des Kolbens eingesaugt wird, ist konstant und hängt von der physikalischen Gestalt der Verbrennungskammer 28 und der Länge des Kolbenhubes ab. Es wird daher angenommen, daß das Gasvolumen, welches bei jedem Kolbenhub eingesaugt wird, konstant ist. Die grundlegenden Gasgesetze lehren, daß bei einem konstanten Druck die Expansion der meisten Gase eine relativ konstante Punktion der Temperatur ist, so daß daher die Dichte umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur ist. Dies läßt sich mathematisch ausd rücken als:

Dichte » K/Absolute Temperatur

worin K eine Konstante bei einem gegebenen Druck ist. Der Druck kann als eine Konstante betrachtet werden, da angenommen wurde, daß der Brennstoffsteuercomputer 20 bereits in angemessener Weise eine Kompensation für den Luftdruck im Ansaugrohr 13 einführt .

Die Funktion des Luftdichtecomputers 23 besteht darin, einelektrisches Signal zu erzeugen, welches kennzeichnend für die inverse Punktion der Temperatur der Luft im Ansaugrohr 13 ist, und welches den BrennstoffSteuercomputer 20 veranlaßt, die Brennstoffmenge zu korrigieren, die in die Maschine proportional zur Änderung der Luftdichte eingespritzt wird.

Beim jetzigen Stand der Technik sind zwei Typen von elektronischen Brennstoffsteuercomputern für Brennkraftmaschinen vor-

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herrschend. Der erste Computertyp umfaßt einen einzelnen Impulsgenerator, und das Ausgangssignal wird primär durch die Umdrehungszahl der Maschine, den absoluten Adsaugdruck (MAP) und allgemein der Maschinenteiaperatur bestimmt. Dieser Computertyp ist schematise!·! in Figur 3 veranschaulicht. Der zweite Typ eines elektronischen Brennstoffsteuercomputers ist in Figur 4 gezeigt und umfaßt zwei Impulsgeneratoren, die aufeinanderfolgende Signale erzeugen, durch welche die Brennstoffeinspritzvorrichtungen aktiviert werden. Die Dauer der durch einen der Impulsgeneratoren erzeugten Impulse kann durch den absoluten Ansaugrohrdruck bestimmt sein und die Dauer des zweiten Impulses, der von dem zweiten Impulsgenerator erzeugt wird, kann durch die Maschinentemperatur bestimmt sein.

In Figur 3 ist der Brennstoffsteuercomputer 2G als Impulsgenerator 40 gezeigt_s der aus einei elektronischen Multivibrator besteben kann, welcher Abtsstersignale von einem Triggerabtaster 22 empfängt und ein Si₁^nal erzeugt, welches kennzeichnend für die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine und den Kurbelwinkel der Maschine ist, ebenso von einem Ansaugrohr-Absolutdruckabtaster 21 und eineia Maschinenteiaperaturfühler oder -abtaster 41. Der Impulsgenerator 40 spricht auf die Abtastersignale an und erzeugt ein Brennstoffsignal, welches kennzeichnend für die Brennstoffanforderungen der Maschine ist. Das Brennstoffsignal vom Impulsgenerator 40 wird zu den UITD-Gattern 42 und 43 übertragen. Die den Kurbelwinkel der Maschine kennzeichnenden Signale vom Trigger 22 werden ebenso zu anderen Eingängen der USB-Gatter 42 und 43 übertragen. Die UKB-Gatter 42 und 43 leiten abwechselnd die Brennstoff signale, welche durch den Impulsgenerator 4-0 erzeugt werden, zu den Verstärkern 44 und 45, was von den Kurbelwinkel der Maschine abhängig ist. Die verstärkten Brennstoffsignale aktivieren abwechselnd Gruppen oder Sätze von Brennstoffeinspritavorrichtungen 46 und 47, welche den Brennstoff proportional zur Dauer der Signale in die Maschine einspritzen, die durch den Impulsgenerator 40 erzeugt werden. Der Luftdichiscoiiipaiex¹ 23 spricht auf die Temperatursignale 511, welche durch den Temperatur-

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fühler 24 erzeugt werden, welcher die Temperatur der Luft im Ansaugrohr überwacht und ein Dichtesignal erzeugt, welches zum Impulsgenerator 40 geleitet wird. Der Impulsgenerator 40 spricht auf das Dichtesignal an und kompensiert die Dauer des berechneten Brennstoffsignals für die Änderung in der Dichte der Luft aufgrund von Temperaturänderungen, welche Luft von der Maschine angesaugt wird.

Gemä3 Figur 4 empfängt der erste Impulsgenerator 60 des Brennstoffsteuercomputers 20 üx_o ale vom Trigger 22 und vom Ansaugrohr-Absolutdruckabtaster 21 und erzeugt ein erstes Signal mit einer Dauer, die eine Funktion des Ansaugrohrdrucks ist. Dieses Signal aktiviert den zweiten Impulsgenerator 61, welcher auf den Maschinentemperaturfühler 41 anspricht,und erzeugt ein zweites Signal, welches eine Funktion von sowohl dem Ansaugronr-Absolutdruck als auch der Maschinentemperatur ist. Die von dem ersten Impulsgenerator 60 und dem zx^eiten Impulsgenerator 61 erzeugten Signale gelangen zu einem QDER-Gatter 62, so sie in einer Aufeinanderfolge verbunden werden, um ein Brennstoffsignal zu erzeugen, welches kennzeichnend für die Brennstoffanforderungen der Maschine ist. Das Ausgangssignal des ODSE-Gatters wird mit den Kurbelwinkel-Signalen vom Trigger 22 bei den UND-Gattern 42 und 43 verbunden bzw. kombiniert, wird in den Verstärkern 44 und 45 verstärkt und betätigt die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 46 und 47, wie dies in Verbindung mit Figur 3 erläutert wurde. In gleicher Weise spricht auch der Luftdichtecomputer 23 auf die Ausgangsgröße des Temperaturfühlers 24 an und erzeugt ein Dichtesignal, welches zu dem ersten Impulsgenerator 60 übertragen wird. Der Impulsgenerator spricht auf das Dichtesignal an, und die Dauer seines Ausgacssimpulses wird entsprechend einer Änderung in der Dichte der Luft aufgrund von Temperaturänderungen kompensiert. Da der zweite Impulsgenerator 61 auf die Dsuer des Signals vom ersten Impulsgenerator anspricht, werden beide Impulsgenerator-Ausgansssignale entsprechend der Änderung in der Luftdichte der Luft im Ansaugrohr,aufgrund von Temperaturschwankungen der Luft, kompensiert.

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Figur 5 zeigt nun eine elektronische Brennstoffsteuercomputerschaltung 100 desjenigen Typs, wie er in der deutschen Patentanmeldung 21 28 064- beschrieben ist, jedoch so abgewandelt ist, um einen einzelnen Ausgangsimpuls zu erzeugen. Die Schaltung wird durch eine Stromversorgung erregt, die mit B+ bezeichnet ist, und zwar an den verschiedenen so bezeichneten Stellen. Bei der Anwendung dieses Systems auf das Brennstoffsteuersystem eines Kraftfahrzeugs kann die Stromversorgung von der Batterie oder dem stromerzeugenden System der Maschine gebildet sein, welches in herkömmlicher Weise als die elektrische Energiequelle des Fahrzeugs verwendet wird. Der Fachmann erkennt, daß die elektrische Polarität der Versorgungsspannung auch unmittelbar umgedreht werden kann.

Die Schaltung 100 empfängt, neben dem Versorgungsstrom, verschiedene Abtastereingangsgrößen in Form von Spannungssignalen, die kennzeichnend für die verschiedenen Betriebsparameter der zugeordneten Maschine sind. Der Ansaugrohrdruck-Abtaster 21 sieht eine Spannung vor, die kennzeichnend für den Ansaugrohrdruck ist, und zwar geschieht dies mit Hilfe einer veränderlichen Induktivität 112. Der Temperaturfühler 41, der als Thermistor 114 dargestellt ist, arbeitet so, daß er die Spannung über dem parallel liegenden Widerstand verändert, um ein Spannungssignal v.rzusehen, welches die Maschinentemperatur wiedergibt. Weiter werden Spannungssignale, welche die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine kennzeichnen, vom Trigger am Eingangsanschluß 1*6 der Schaltung empfangen. Diese Signale können von irgendeiner Quelle abgeleitet werden, die kennzeichnend für den Kurbelwinkel der Maschine ist, sie werden jedoch in bevorzugter Weise vom Zündverteiler der Maschine (nicht gezeigt) abgeleitet.

Die Schaltung 100 erzeugt elektrische Impulse, die am Schaltungspunkt 118 erscheinen und die Leitfähigkeit des Transistors 120 steuern. Wenn sich der Transistor 120 im leitenden Zustand befindet, so ist ein relativ kleines Spannungssignal am Ausgangsanschluß 126 der Schaltung vorhanden. Dieser Aus-

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gangsanschluß kann über geeignete Inverterstufen und/oder Verstärker (nicht gezeigt) mit der Brennstoffabgabevorrichtung verbunden sein, die als Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 in Figur 1 veranschaulicht ist, derart, daß die ausgewählte Brennstoffeinspritzvorrichtung immer dann erregt wird, wenn der Transistor 120 leitend ist. Es ist üblich, wie dies in den Figuren 3 und 4- gezeigt ist, eine Schalteinrichtung dazu zu verwenden, um die Einspritzventilvorrichtungen gesteuert an den Schaltungspunkt 126 zu koppeln, wenn das System für die Betätigung von weniger als allen Einspritzventilvorrichtungen zu irgendeinem Zeitpunkt verwendet wird.

Von dem monostabilen Multivibratornetzwerk, welchem die Transistoren 128 und 130 zugeordnet sind, wird ein erster Zwischenimpuls erzeugt. Das Vorhandensein eines Triggerimpulses am Eingangsanschluß 116 stellt den Multivibrator in seinen unstabilen Zustand, bei welchem der Transistor 123 im leitenden Zustand ist und der Transistor 13O sperrt (oder im nicht leitenden Zustand ist). Die Zeitperiode, während" welcher der Transistor 128 leitet, wird durch das Spannungssignal vom Ansaugrohrdruck-Abtaster 21 mit Hilfe der veränderlichen Induktivität 112 gesteuert. Das Leiten des Transistors 128 bewirkt, daß der Kollektor desselben eine relativ niedrige Spannung annimmt, die nahe dem Massepotential oder gemeinsamen Spannungspotential liegt. Diese niedrige Spannung verursacht, daß die Basis des Transistors 134- auf einen niedrigen Spannungswert abfällt, der unterhalb demjenigen ist, der zum Triggern des Transistors 134-in leitenden Zustand erforderlich ist, so daß also der Transistor 13^· ausgeschaltet wird bzw. schließt. Die Spannung am Kollektor des Transistors 134- steigt daher auf den B+ -Wert an. Wenn die Spannung aus der veränderlichen Induktivität 112 auf einen Wert abgefallen ist, der erforderlich ist, damit der monostabile Multivibrator in seinen stabilen Zustand zurückkehrt, wird der Transistor 13O in den leitenden Zustand getriggert,und der Transistor 128 wird in den nicht leitenden Zustand gebracht. Hierdurch wird wiederum der Tranistor 134- eingeschaltet bzw. leitend. In der ursprünglichen Schaltung, die in der Patent-

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schrift 3 646 915 beschrieben ist, wird das hohe Spannungssignal, welches am Kollektor des Transistors 134 erzeugt wird, zur Basis des Transistors 120 übertragen, wobei der Transistor 120 eingeschaltet wird und der erste der zwei aufeinanderfolgenden Brennstoffein spritzimpulse am Steus· an Schluß 126 entsteht.

Während der Zeitperiode, während welcher der Transistor 134 nicht leitet, gelangt die relativ hohe Spannung am Kollektor des Transistors 134- zur Basis des Transistors 136, wodurch der Transistor 136 in den leitenden Zustand getriggert wird. Das Widerstandsnetzwerk 133, welches an die Stromversorgung angeschlossen ist, wirkt mit dem Transistor 136 als Stromquelle zusammen und es fließt der Strom I- in die durch Pfeil angegebene Richtung durch den leitenden Transistor 136, und es wird dadurch die Kapazität 140 geladen. Gleichzeitig wird der Transistor 142 in den leitenden Zustand vorgespannt, und dieser stellt zusammen mit dem Widerstandsnetzwerk 144 eine zweite Stromquelle dar mit einem Strom I₂, welcher in die durch Pfeil angegebene Richtung fließt. Die Ströme von beiden Stromquellen fließen zur Basis des Transistors 146, wodurch dieser Transistor leitend gehalten wird und dadurch eine niedrige Spannung am Kollektor des Transistors 146 entsteht. Diese niedrige Spannung wird zur Basis des Transistors 120 über den Widerstand 124 übertragen, und diese Spannung schaltet den Transistor 120 aus bzw. in den nicht leitenden Zustand.

Wenn der Transistor 128 schließt, wodurch das Ende des ersten Zwischenimpulses angezeigt wird, wird der Transistor 134 eingeschaltet und das Potential am Kollektor des Transistors 134 fällt auf einen niedrigen Wert«, Der Strom aus der ersten Stromquelle, die aus dem Transistor 136 und dem Widerstandsnetzwerk 138 besteht, fließt nun rur Basis des Transistors 136, und die Aufladung der Kapazität 140 wird beendet. Die Kapazität 140 wurde also aufgeladen, und zwar mit der in Figur 5 gezeigten Polarität und au? einen Wert, der kennzeichnend für den Wert des Stromes I^ ist,und ebenso für die Bauer des ersten

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Zwischenimpulses. Am Ende dieses Impulses, wenn der Transistor 134 eingeschaltet wird, wird der Kollektor-Basisübergang des Transistors 136 vorwärts vorgespannt, wodurch die positive 3βίτβ der Kapazität 140 nur leicht gegenüber Masse positiv wird, da mehrere pn-Übergänge diese von Masse oder Erde trennen. Hierdurch wird dem Schaltungspunkt 148 eine negative Spannung aufgedrückt, welche die Diode 150 rückwärts vorspannt und den Transistor 146 ausschaltet. Dies zeigt an, daß ein hohes Spannungssignal am Kollektor des Transistors 46 vorhanden ist, welches zum Schaltungspunkt 118 über den Widerstand 124 geleitet wurde und den Transistor 120 erneut in den leitenden Zustand triggert und daß ein Steuerimpuls am Schaltungsanschluß 126 erscheint.

Während die Diode 150 rückwärts vorgespannt ist, fließt der Strom Ip aus der zweiten Stromquelle, die aus dem Transistor und dem Widerstandsnetzwerk 144 besteht, durch den Schaltungspur.kt 148 zur Kapazität 140. Nach einer Zeitdauer lädt sich die Kapazität wieder auf und der Schaltungspunkt 148 wird erneut positiv. Hierdurch wird die Diode I50 vorwärts vorgespannt und der Transistor 146 wird erneut in den leitenden Zustand gebracht. Das Leiten des Transistors 146 beendet den Impuls,und die Brennstoffabgabevorrichtung (nicht gezeigt) hört damit auf, Brennstoff an die Maschine abzugeben.

Die Dauer des Impulses ist eine Funktion der Zeit, die für-den Schaltungspunkt 148 erforderlich ist, um ausreichend positiv zu werden, damit, die Diode I50 vorwärts vorgespannt ist. Dies ist wiederum eine Punktion der Ladung auf der Kapazität 140, die durch den Ladestrom I^ aufgebaut, wurde und durch die zweite Stromquelle, bestehend aus dem Transistor 142 und dem Widerstandnetzwerk 144, vorgesehen wurde, und eine Funktion der Zeitdauer T- des ersten Impulses. Die Größe des Wiederaufladestromes I2 ist eine Funktion der Basisspannung am Transistor 142. Dieser Wert wird durch die Spannungsteilernetzwerke 152 und 154 gesteuert, wobei das Netzwerk 154 durch den Widerstandswert des Thermistors 114 veränderlich ist bzw.

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veränderlich gesteuert wird. Die Dauer des zweiten Impulses ist:

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Da der erste Brennstoffeinspritzimpuls bei der abgewandelten Schaltung eliminiert wurde, werden die Werte des Ladestromes I^ und des Wiederladestromes Ip wieder eingestellt, um einen Brennst of feinspritzimpuls mit einer Dauer zu erzeugen, die gleich ist der Summe der zwei Impulse, die durch die nicht abgewandelte Schaltung erzeugt werden.

In Figur 5 ist auch die Beziehung des Luftdichtecomputers 20 nach der Erfindung zum Brennstoffsteuercomputer 23 veranschaulicht. Diese Schaltungsanordnung ist durch eine strichlierte Linie 200 umrahmt. Die Luftdichtecomputerschaltung wird ebenfalls von der der Stromversorgung erregt, die mit B+ bezeichnet ist. Der Temperaturfühler 24 besteht in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem Transistor 201 mit einem Temperaturkoeffizienten der Leitfähigkeit, die eine lineare Funktion seiner absoluten Temperatur ist. Der Leistungseingang des Transistors 201 stammt von einer Stromquelle, die aus dem Transistor 202 besteht, und die Widerstände 203, 204 und 205 sehen einen konstanten Strom für den Emitter des Transistors vor. Ein temperaturabhängiges Spannungεsignal wird über dem Transistor 201 entwickelt, welches zum Operationsverstärker 206, wie beispielsweise Motorola 1709, übertragen wird, v/elcher das Temperatursignal verstärkt und invertiert und dieses invertierte Signal einer Gleichspannung überlagert. Das Dichtesignal aus dem Operationsverstärker 206 wird zum Emitter des Transistors 142 in der Brennstoffsteuercomputersclioltung 1CO übertragen und steuert den Wiederaufladestrom I ^, welcher durch den Transistor 142 fließt. Wie bereits dargelegt wurde, fließt der Strom Ip durch den Transistor 142 und lädt die Kapazität 14C auf und ist auch bestimmend für die Dauer des Brennstof.^eir;-spritzimpulses, welcher durch den Brennrtoffst-ruercnn--ter PC erzeugt wird.

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Die Verstärkung des Verstärkers 206 wird auf eine vorherbestimmbare Größe eingestellt, so daß die Änderung in der Dauer des Brennstoffeinspritzimpulses, der von dem Brennstoffsteuercomputier 20 erzeugt wird, proportional zur Änderung in der Dichte der Luft an der Einlaßöffnung 25 der Maschine ist, wie dies durch den Luftdichtecomputer 23 bestimmt wird. Die Gleichspannungs-Vorspannung des Dichtesignals, die vom Operationsverstärker 206 erzeugt wird, wird so eingestellt, daß ein Dichtesignal, welches kennzeichnend für eine stabile Ansauglufttemperatur innerhalb der auf Nennbetriebstemperatur aufgewärmten Maschine ist, gleich ist dem Signal, welches am Emitter des Transistors 142 durch das Widerstandsnetzwerk 144' erzeugt wird.

Nach dem Start der Maschine sind die Maschine und das Ansaugsystem relativ kalt, so daß also,der Transistor 201, welcher die Temperatur der Luft im Ansaugrohr feststellt, eine Temperatur abtastet, die unter der normalen Temperatur liegt. Das über dem Transistor 201 erzeugte Signal wird ein hohes Signal sein. Dieses hohe Signal wird durch den Operationsverstärker 206 invertiert, der dann der Gleichspannungs-Vorspannung überlagert, ein Dichtesignal erzeugt, welches zum Emitter des Transistors 142 übertragen wird. Das Dichtesignal am Emitter des Transistors 142 bewirkt, daß sich der Strom aufteilt, welcher durch das Widerstandsnetzwerk 144 fließt, so daß ein Teil des Stromes durch den Transistor 142 fließt und ein Teil durch den Operationsverstärker 206. Der durch den Transistor 142 fließende Strom wird effektiv reduziert, wodurch die Zeit erhöht wird, welche für die Wiederaufladung der Kapazität 140 erforderlich ist. Hierdurch wird die Dauer des Brennstoffeinspritzimpulses erhöht, welcher durch die Brennstoffsteuer-Computerschaltung erzeugt wird, so daß die erhöhte Dichte der kalten angesaugten Luft kompensiert wird. Wenn die Temperatur der angesaugten Luft in .Richtung auf die normale Betriebstemperatur zunimmt oder absteigt, so fällt das über den Transistor 201 erzeugte Signal ab, und das Dichtesignal, welches von dem Operationsverstärker 2OG erzeugt wird, nimmt zu und weist eine maximale Größe

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auf, die gleich dem Signal ist, welches am Emitter des Transistors 142 durch das Widerstandsnetzwerk 144 erzeugt wird. Der gesamte durch das Widerstandsnetzwerk 144 fließende Strom fließt nun durch den Transistor 142, und das Dichtesignal aus dem Luftdichtecomputer 23 hört auf, die Dauer des Brennstoffeinspritzimpulses zu beeinflussen, welcher durch den Brennstof fsteuercomputer 20 erzeugt wird.

Obwohl der Gegenstand der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem bestimmten Brennstoffeinspritzsteuersystem beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf dieses System beschränkt und ist auch nicht auf Einzelheiten beschränkt, da andere Typen von Temperaturabtastern verwendet werden können und verschiedene Abwandlungen von Änderungen im Schaltungsaufbau vorgenommen werden können, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

Patentansprüche

Μ·/ Elektronisches Brennstoffsteuersystem für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Maschinenabtaster, der die Betriebszustände der Maschine kennzeichnende Signale erzeugt, weiter mit einem Brennstoffsteuercomputer, der auf die Signale des einen Abtasters anspricht und Einspritzsignale erzeugt, welche kennzeichnend für die Brennstoffanforderungen der Maschine sind, weiter mit Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die auf die Einspritzsignale ansprechen und die Brennstoffabgabe an die Maschine steuern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftdichtecomputer bzw. ein die Luftdichte berücksichtigender Computer (23) vorgesehen ist und folgende Einrichtungen und Merkmale aufweist: einen Temperaturfühler (24; 201), der im Luftansaugrohr (13) der Maschine (1G) angeordnet ist und ein Temperatursignal erzeugt, welches die Temperatur der Luft im Ansaugrohr (13) wiedergibt; eine auf das Temperatursignal ansprechende Schaltung (200), welche ein Luftdichtesignal erzeugt, das die Dichte der Luft im Ansaugrohr. (13) als Funktion der Lufttemperatur wiedergibt; und Mittel zum Übertragen des Luftdichtesignals zum Brennstoffsteuercomputer (20), um die die Brennstoffanforderungen der Maschine kennzeichnenden Einspritzsignale als Funktion der Luftdichte im Ansaugrohr (13) zu modulieren, so daß die Brennstoffabgabe an die Maschine (10) auf einem gewünschten Brennstoff-zu-Luft-Verhältnis während der Übergangs-Aufwärmperiode der Maschine gehalten wird, xv.enn sich die Temperatur der Luft im Anaaugrohr (13) ändert.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (24; 201) in dem Luftansaugrohr (13) iß ^e^r Nachbarschaft einer Einla3ventilöffnung (25) der Maschine (^¹O) gelegen ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dsdurch gekennzeichnet, daß de.· Tenoerat irf^:ihler (24; 2Ui) aus einen Transistor (2Qi) b~ steht, rercou L-itfTr.i."keit ein- lineare Funktion der Luftt ~";; ev^t ■."■ ist.

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4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (200) folgende Einrichtungen auf v/eist: einen Konstantstromgenerator (202-205), der den Temperaturfühler (24·; 201) mit einem elektrischen Strom bestimmter Größe versorgt; und einen Verstärker (206), der auf das Temperatursignal anspricht und das Luftdichtesignal erzeugt.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (206) aus einem Operationsverstärker(205) besteht, der auf das vom Temperaturfühler (24; 201) erzeugte Temperatursignal anspricht und ein verstärktes Signal erzeugt, welches eine inverse Funktion des Temperatursignals ist und daß dieser Verstärker ein vorherbestimmbares elektrisches Gleichspannungssignal dem verstärkten und invertierten Signal überlagert.

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