DE2457434A1 - Vorrichtung zur bestimmung der kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden brennkraftmaschinen - Google Patents
Vorrichtung zur bestimmung der kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden brennkraftmaschinenInfo
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Description
^57·'.3*»
Dipl. Ing. Peter Otte 7 STUTTGART 8O (Vaihingen)
Patentanwalt Waldburgstraße 48
Telefon (0711) 73 46 27
1123/ot/r
6. November 1974
Firma
Robert Bosch GmbH
7ooo Stuttgart
Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden
Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden
Brennkraftmaschinen durch Ableitung des pro Hub zuzuführenden Kraftstoffbedarfs aus der jeweiligen Drehzahl und Drosselklappens
teilung.
Bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen ist es wesentlich, die auf jeden Hub der Brennkraftmaschine entfallende
Kraftstoffmenge so an die angesaugte Luftmenge anzupassen, daß der Verbrennungsvorgang weder zu einem Leistungsverlust
führt noch mit KraftstoffÜberschuß erfolgt, weil dies zu
einer übermäßigen Erzeugung umweitschädlicher Gase führt.
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Man strebt daher ein den Brennräumen zuzuführendes Kraftstoffluftgemisch
an, welches sich im stöchiometrischen Verhältnis befindet (j\ = 1) oder bei welchem sogar ein Luftüberschuß
vorliegt; man erhält dann ein relativ mageres Gemisch, wodurch es in besonders vorteilhafter Weise gelingt,
die schädlichen Abgasanteile zu reduzieren und daher auch den stetig ansteigenden Forderungen hinsichtlich
einer besseren Reinerhaltung der Luft zu entsprechen.
Um die Menge des pro Hub zuzuführenden Kraftstoffs bzw. die Kraftstoffeinspritzdauer bei der Verwendung von elektromagnetisch
betätigten Einspritzventilen einwandfrei festlegen zu können, ist es erforderlich, die angesaugte Luftmenge zu
kennen. Hierzu bietet sich einmal die Messung der den Ansaugkanal durchströmenden Luftmenge mit Hilfe einer Stauscheibe
an, die entgegen einer Rückstellkraft durch den angesaugten
Luftstrom verstellbar ist und zur Veränderung mit ihr gekoppelter, anzeigender Mittel dient. Allerdings ist bei der Messung
der angesaugten Luftmenge mittels einer Stauscheibe ein verhältnismäßig hoher Aufwand erforderlich, auch ergibt sich
der Nachteil, daß bei dem durch Öffnen der Drosselklappe erfolgenden Gasgeben die Erhöhung des Drehmoments erst mit einer
gewissen Verzögerung einsetzt, weil sich die angesaugte Luftmenge erst mit Verzögerung der neuen Drosselklappenstellung
anpasst.
Anstelle der Luftmengenmessung ist es auch möglich, bei der Bestimmung der Einspritzdauer von den Größen Drehzahl und
Saugrohrdruck auszugehen, wobei mit Hilfe der Kennlinie eines solchen Druckfühlers die Abhängigkeit der Kraftstoffmenge
vom Saugrohrdruck für eine bestimmte Drehzahl ermittelt werden kann. Auch die Saugrohrdruckmessung ist kompliziert
und man benötigt wie bei der Stauscheibenmessung zu-
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sätzliche Geber, wobei die erwähnte Verzögerung bei der
Drehmomenterhöhung auch hier vorliegt. Außerdem ist es erforderlich;zur Erzielung eines guten Überganges bei Änderung der Drosselklappenstellung während der Ubergangsphase
mit Hilfe einer zusätzlichen Vorrichtung eine gewisse Kraftstoffanreicherung zu erzeugen.
Es ist auch schon bekannt, den Kraftstoffbedarf aus zwei relativ einfach zugänglichen Motordaten zu gewinnen, nämlich
aus der Motordrehzahl η und dem Drosselklappenwinkel cC
Bei mechanischen Einspritzpumpen verwendet man zur Bestimmung der Fördermenge einen Raumnockeh, der die Mengenfunktion
für jeweils eine gegebenen Drehzahl und einen gegebenen
Öffnungswinkel der Drosselklappe festlegt.
Es ist auch bekannt, die einzuspritzende Kraftstoffmenge
auf elektrischem Wege durch Zuführung der Motordatendrehzahl und Drosselklappenwinkel zu bestimmen, was im Grunde
auch erwünscht ist, da hier keine zusätzlichen Geber erforderlich sind und sich aus der Stellung der Drosselklappe
relativ leicht, beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Potentiometers ein entsprechendes Signal gewinnen läßt; andererseits
der Drehzahl entsprechende Signale entweder aus dem Zündungsbereich abgeleitet werden können oder doch durch
einfache Abtastung einer Marke an der Kurbelwelle mit Hilfe eines bevorzugt induktiven Gebers gewonnen werden können.
Allerdings hängt die der Brennkraftmaschine pro Hub zuzuführende Kraftstoffmenge in relativ komplizierter Weise von
der Drehzahl und der Drosselklappenstellung ab und es ergibt sich bei entsprechender Durchmessung für jede Art eines Motors
ein bestimmtes, in diesem Zusammenhang schon bekanntes Kennfeld, welches zur Verdeutlichung in der weiter unten
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noch zu besprechenden Figur 2 dargestellt ist. Wegen des
komplizierten, nicht linearen Zusammenhangs ist es bisher als nicht möglich angesehen worden, eine die einzuspritzende
Kraftstoffmenge angebende Funktion mit vertretbarem Aufwand nachzubilden. Da die Funktion t. = f (oC, n) auf direktem
Wege nur schwer realisierbar ist, wobei t. die Einspritzdauer des pro Hub einzuspritzenden Kraftstoffs darstellt,
der mit vorgegebenem Druck an den Einspritzventilen anliegt
und daher der Kraftstoffmenge Q proportional ist, o£ die jeweilige
Stellung der Drosselklappe und η die jeweilige Drehzahl, wird bei einer bekannten Schaltung so vorgegangen, daß
zur Erzielung der auf direktem Wege schwer realisierbaren obigen Funktion eine durch ein Tiefpassfilter einer Impulsformerstufe
leichter realisierbare Funktion geschaffen und diese in einer nachfolgenden Multiplizierstufe mit einer
Funktion multipliziert wird, die von der Drehzahl abhängt. Hierdurch ergibt sich aber ein beträchtlicher Aufwand. Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden
Brennkraftmaschinen zu schaffen, die die einzuspritzende
Kraftstoffmenge aus der jeweiligen Drosselklappenstellung
und der Drehzahl der Brennkraftmaschine ableitet und die in einer vorteilhaften Ausgestaltung in der Weise
in eine Gesamtregelungsschaltung integriert ist, daß sich die Kraftstoffeinspritzmenge mit sehr hoher Präzision in der Weise
bestimmen läßt, daß mindestens ein stöchiometrisches Brennstoffluftverhältnis
eingehalten ist oder mit Luftüberschuß gearbeitet wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der eingangs genannten Vorrichtung und besteht erfindungsgemäß darin,
daß eine analoge Rechenschaltung vorgesehen ist, in welcher dem charakteristischen, jeweils vorab zu messenden
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Kennfeld für jede Art einer Brennkraftmaschine entsprechende Kenndaten durch entsprechende Auslegung der Rechenschaltung
so gespeichert sind, daß bei Zuführung von der Drosselklappenstellung und der Drehzahl entsprechenden Signalen die
Einspritzdauer aus der Aufladezeit eines Kondensators ableitbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dann dieser analoge Rechenschaltung, die in der Lage ist, bei Zuführung
von der Drosselklappenstellung und der Drehzahl entsprechenden Signalen einen vorgegebenen, nach dem Kennfeld
erforderlichen Impuls abzugeben, dessen Dauer der einzuspritzenden Kraftstoffmenge proportional ist, noch eine
Regelschaltung überlagert bzw. diese Rechenschaltung ist Teil eines Gesamtregelungssystems in der Weise, daß aus
dem Motorverhalten abgeleitete Daten in entsprechender Form zur Rechenschaltung rückgeführt werden, die die Dauer der
von ihr abgegebenen Einspritzbefehle entsprechend modifiziert.
Als rückgeführte Daten können hier Signale aus einem die Laufruhe der Brennkraftmaschine abtastenden System oder
aus einem System verwendet werden, welches durch Messung der Abgasverhältnisse mit Hilfe einer Sonde in der Lage ist,
eine dem ursprünglichen Brennstoffluftgemisch entsprechende Maßzahl abzuleiten. Es ist auch möglich, diese beiden Rückführdaten
in Kombination zu verwenden. Da die vorliegende Erfindung in besonderer V/eise geeignet ist, die Rechenschaltung
anzugeben, die als Funktion der Drehzahl und der Dr osselklappenstellungswerte
die Einspritzdauer errechnet, ist sie in der Lage,eine gleichzeitig eingereichte Anmeldung der
gleichen Anmelderin (meine Akte 1119) zu verbessern, so daß
die vorliegende Anmeldung eine Zusatzanmeldung zur erwähnten Hauptanmeldung darstellt.
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In der Hauptanmeldung ist speziell auf die Ausbildung der Vorrichtung als Regelsystem eingegangen, wobei eine dort
vorgesehene Rechenschaltung 8 bei abgespeichertem, jeweils spezifischem Kennfeld die endgültigen," beispielsweise Einspritzventilen
zuzuleitenden Einspritzimpulse veränderlicher Dauer erzeugt. Eine solche Rechenschaltung wird im
folgenden genauer erläutert; die vorliegende Erfindung betrifft daher speziell die elektronische Nachbildung
eines Drehzahl-Drosselklappenwinkel-Kennfeldes.
Weitere Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.
Im folgenden wird Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Gesamtdarstellung einer Brennkraftmaschine
mit zugeordneter Rechenschaltung zur Ermittlung der Kraftstoffeinspritzdauer in einem Gesamtregelsystem,
Figur 2 zeigt ein für jede Brennkraftmaschine unterschiedliches,
spezifisches Kennfeld,
Figur 3 zeigt das Kennfeld der Figur 2 in einer modifizierten Darstellung, wobei auf der Abzisse statt der
Drehzahl der reziproke Wert, nämlich die Periode oder Verlaufszeit/ aufgetragen ist,
Figur 4 zeigt die nicht-lineare Abhängigkeit einer aus dem ·
Kennfeld der Figur 3 ableitbaren Zeitkonstanten vom Drosselklappenwinkel, die .
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30t/r
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"Figur 5 zeigt die Rechensehaltung und die
Figur 6 verschieden© Kurvenverläufe an entsprechenden Punkten-der Rechenschaltung nach Figur 3»
Auf die Darstellung der Figur 1 braucht nur noch kurz eingegangen zu werden., da ihr grundsätzlicher Aufbau und ihre
Wirkungsweise schon in der weiter vorn erwähnten Hauptanmeldung ausführlich erläutert worden ist. Wesentlich ist,
daß eine mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Rechenschaltung vorgesehen ist, die an ihrem Ausgang ein .Signal
abgibt, welches in seiner Dauer proportional ist zur Dauer der den Einspritzventilen 2 zugeführten Einspritzbefehle
und die an ihrem Eingang beaufschlagt ist im wesentlichen einmal mit von der Drosselklappenstellung abgeleiteten Signalen
und mit zur Drehzahl proportionalen Signalen. Dieser Rechenschaltung 1 ist das in Figur 2 gezeigte charakteristische
Kennfeld einer Brennkraftmaschine eingegeben, d.h. die Rechensehaltung "kennt" dieses Kennfeld und ist in der
Lage dann, wenn man ihr momentane Eingangswerte der Drehzahl und der Drosselklappenstellung gibt, die hierzu gehörende
richtige Kraft st off menge bz^v. Einspritz dauer anzugeben.
Der erfindungsgemäßen elektronischen Rechenschaltung gelingt
dies auf folgende Weise, wobei zunächst noch auf die Darstellung
der Figur 3 eingegangen wird. In dieser Darstellung ist anstelle der Drehzahl η deren proportionaler Reziprokwert,
nämlich die Umlaufzeit der Kurbelwelle T aufgetragen, wobei T = °°/n ist, bei η in u/min. Im Grunde
entspricht die Darstellung der Figur 3 derjenigen der Figur 2, wobei die Kurvenschar, die als Parameter den Drossel-
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klappenwinkel hat, ihren theoretischen Ursprung bei einer endlichen, sehr kleinen onlaufszeit findet. Man erkennt aus
der Darstellung der Fig. 3 jedoch gleichzeitig, daß die Linien für konstanten Drosselklappenwinkel näherungsweise e-Funktionen
beschreiben, wobei zu jedem oc-wert eine entsprechende
Konstante im Exponenten von e gehört. Die Kurvenschar der Fig. 3 läßt sich daher etwa durch folgende Gleichung beschreiben:
t ^-' t χ (1 - e - -^- ) .
ri ~ i max u T
ri ~ i max u T
Aus der Darstellung der Figur 3 läßt sich schließlich noch
der Kurvenverlauf nach Figur l± gewinnen in der Weise, daß
man für jeden Öffnungswinkel oC der Drosselklappe zwischen 0 und 90 ° die Zeitkonstante der e-l?unktionen der Figur 3
ermittelt, man sieht sofort, daß die Zeitkonstante für kleine Öffnungswinkel ©C der Drosselklappe sehr groß sein muß
(langsamer Anstieg der e-Funktionen) für große Öffnungswinkel aber klein ist, so daß sich der in Figur l\- gezeigte
hyperbolische Verlauf ergibt. Allgemein gilt
Die Konstante k ist hierbei näherungsweise nur eine Funktion von Hubvolumen und Drosselklappenfläche einer Brennkraftmaschine;
man sieht, daß in Figur ^ die Kurvenverläufe f übev oC für verschiedene Brennkraftmaschinen aufgezeichnet
sind ( k als der Brennkraftmaschine eigener Parameter ebenfalls veränderlich).
Die in Figur 5 dargestellte elektronische Schaltung ist
nun in der Lage, aufgrund einer speziellen Dimensionierung einzelner ihrer Schaltelemente, worauf weiter unten noch
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eingegangen wird, und bei Zuführung der erwähnten Eingangsdaten,
Drosselklappenstellungswinkel und Drehzahl proportionales Signal,jeweils immer eine der erforderlichen
Kurvenverläufe der Figur 3 im wesentlichen indentiscn
nachzubilden und eine Aussage über die jeweils der
Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffrnenge zu liefern* Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Erläuterung der Figur 5 sei sofort darauf hingewiesen, daß es
die Spannung am Kondensator C, ist, die nach erfolgter gesteuerter Aufladung ein Maß für die Einspritzdauer t.
oder der einzuspritzenden Kraftstoffmenge bildet.
In der Schaltung der Figur 1 sind zunächst zwei Transistoren T. und Tp vorgesehen, die als monostabiler Multivibrator
geschaltet sind. Die Arbeitsweise eines solchen monostabilen Multivibrators ist an sich bekannt, es sei
lediglich noch kurz darauf hingewiesen, daß der Emitter des Transistors T1 direkt an Masse und seine Basis über
einen Widerstand Ep ebenfalls an Masse und einen Widerstand β-, am Kollektor des Transistors Tp liegt. Der Transistor
Τ- liegt mit seinem Emitter an Masse, seine Basis
liegt über einen Widerstand R,- an Masse und über eine für
negative Spannungen in Sperrichtung gepolte Diode Dp und
den schon erwähnten Kondensator C, am Kollektor des Transistors
T*. Dadurch ist die Uberkreuzschaltung gebildet,
der Kollektor des Transistors Tp liegt über einen Widerstand
Rr und der Verbindungspunkt S von Diode Dp und Kondensator
.C,, auf den noch zu sprechen kommen wird, über einen, gegebenenfalls einstellbaren Widerstand R, an positivem
Potential. Angesteuert wird der monostabile Multivibrator am Eingang A über einen Widerstand R1 und eine
für positive Spannungen in Flußrichtung gepolte Diode D.
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an der Basis des Transistors T.. Die zur Einspritzdauer t.
proportionale Impulse werden abgenommen an dem Kollektoranschluß des Transistors Tp. Zum besseren Verständnis sei
auf dem linker Hand des monostabilen Multivibrators angeordneten Schaltungsteil nicht eingegangen, sondern es sei
angenommen, daß der Kollektor des Transistors T, zunächst über einen fiktiven Widerstand RE ebenfalls mit positivem
Potential verbunden ist. Damit es gelingt, daß diese Schaltung aus der Periodendauer T und der Drosselklappenstellung oC
eine Impulsdauer t. erzeugt, die den in Abbildung 3 dargestellten
Zusammenhängen entspricht, ist es erforderlich, daß der fiktive Widerstand R™ mehreren Bedingungen folgt.
Der Widerstand R^ bildet mit dem Kondensator C, die Aufladezeitkonstante X = R-p · C| und diese Zeitkonstante ist
identisch zur Zeitkonstanten V der Darstellung der Figur Zf.
Da der Kondensator C1 konstant ist, muß es der Widerstand R1-,
sein, der darüberhinaus der Reziprokbeziehung der Figur k bezüglich des Drosselklappenwinkels genügt.
Realisiert wird der Widerstand Rg beim Ausführungsbeispiel
durch eine Kombination zweier weiterer Transistoren Τ-,.-und
T, , wobei der Transistor T, über einen als Rückkopplung wirkenden
Widerstand Rr7 mit seinem Eüitter an positivem Potential
liegt und sein Kollektor mit dem Kollektor des Transistors T. verbunden ist. An diesem Verbindungspunkt ist auch
die Basis des Transistors T, angeschlossen, dessen Kollektor
an Masse oder dem jeweiligen negativen Potential liegt
und dessen Emitter an dem einen Anschlußpunkt eines Potentiometers P1 gelegt ist, dessen Abgriff mit der Basis des
Transistors T, und dessen anderer Anschlußpunkt über einen Widerstand Rg, der einstellbar ist und eine in Flußrichtung
gepolte Diode D^ an positivem Potential liegt. Das Potentio-
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meter P. ist der Drosselklappe zugeordnet, das bedeutet,
meter P. ist der Drosselklappe zugeordnet, das bedeutet,
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daß sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Stellung der Drosselklappe mittels des Potentiometers P,
bestimmt. Eine weitere Möglichkeit zur Messung des Drosselklappenwinkels
°C wäre beispielsweise die Verwendung einer Tauchspule oder sonstiger geeigneter Gebersysteme.
Es läßt sich zeigen, daß es durch diese Schaltung gelingt, den Widerstand RE so nachzubilden, daß dieser -nur noch von
der Potentiometerstellung_, jedoch nicht vom Widerstandswert
des Potentiometers abhängt, wobei außerdem die in Abbildung l\. jeweils dargestellte Hyperbel für ein vorgegebenes
Verhältnis K^ Hubraum/Drosselklappenfläche approximiert
wird. Zunächst sei angenommen, daß der Widerstand Rn
nicht vorhanden ist, und daß im übrigen die sehr kleine Basis-Emitterspannung des Transistors T, kompensiert ist
durch die Diodenspannung der Diode D^, die zu diesem Zweck
vorgesehen ist. Dann ergibt sich aus der Darstellung der Figur 5 die folgende Formel I^ =
Da der Transistor T-, als Emitterfolger geschaltet ist,
liegt zwischen seiner Basis und seinem Emitter lediglich die geringe Basis-Emitterspannung, die hier im wesentlichen
vernachlässigt werden kann. Das bedeutet, daß die Spannung U, der Spannung Um über den Widerstand R1-, und der Emitterkollektorstrecke
des Transistors T, direkt proportional ist, und lediglich von der Stellung des Potentiometers P, abhängt.
Es gilt dann folgender Zusammenhang
wobei <?C die Stellung des Potentiometers P. bzw. die Drosselklappenstellung
angibt und sich zwischen folgenden Werten ändern kann: θέα ^ 1. Der Wert 1 entspricht dabei der vollen
öffnung der Drosselklappe. Damit ergibt sich folgende Formel für den Strom I durch den Widerstand R_: I_ ?» ^T / oc
. !_____ _ . __ _ ' T R
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Da sich der weiter vorn angenommene fiktive Widerstand R^1
als das Verhältnis der Spannung Um zum Widerstand Im darstellen
läßt, ergibt sich somit für diesen fiktiven Widerstand -R-p, der durch die tatsächliche Schaltung mit den beiden
Transistoren T7 und T, realisiert ist, folgender Wert:
Aus dieser Formel läßt sich zunächst entnehmen, daß der fiktive V/iderstand RE ausschließlich eine Funktion ist,
der Stellung des Potentiomenters P,, jedoch nicht seines jeweiligen Widerstandswertes, der der Stellung nicht
notwendigerweise proportional zu sein braucht. Des weiteren läßt sich dieser Formel entnehmen, daß der fiktive V/iderstand
RE umgekehrt proportional ist zum Drosselklappenstellungswinkel
CiC (wobei angenommen werden soll, daß die Potentiometerfunktion
im wesentlichen der Drosselklappenstellung entspricht), daher wird der Bedingung der Figur if, nämlich
dem dort dargestellten hyperbolischen Kurvenverlauf Genüge getan. Der auf diese Weise gebildete fiktive Widerstand^
reagiert daher wie ein Widerstand, ist jedoch dem Drosselklappenstellungswinkel umgekehrt proportional, so daß sich
insgesamt eine spannungsgesteuerte Konstantstromquelle ergibt. Spannungsgesteuert ist diese Konstantstromquelle deshalb,
weil im Verlauf eines Aufladezyklus des Kondensators C, sich die Spannung am Kollektor des Transistors T, selbstverständlich
ändert und diese Änderung sich, da sie gleichzeitig auch am Potentiometer P1 auftaucht, über die Basis des
Transistors T, steuernd auf dessen Stromfluß auswirkt. Es ergeben sich daher bei der Aufladung des Kondensators C-je
nach dem Wert des fiktiven Widerstandes RE Aufladekurven,
die den Verlauf einer e-Funktion aufweisen und den Kurven der Darstellung der Figur 3 entsprechen. Die Aufladezeit-
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konstante Τ' hat dabei folgenden Wert:
B7
0 = sz J ci ·
In der Darstellung der Figur 6 d sind einige mögliche Kurvenverläufe der Aufladung des Kondensators C1 gestrichelt
und ein Kurvenverlauf durchgezogen dargestellt.
Die Wirkungsweise der Schaltung der Figur 5 ist daher
Freemen? der folgende. Gelangt auf den Eingang A ein positiver, in seinerY
Umlaufzeit T proportionaler und daher der Drehzahl umgekehrt proportionaler Impuls, wobei die Größe des Impulses
und seine Breite ohne Bedeutung sind (Kurvenverlauf der Figur 6 a), dann wird der Transistor T- leitend und sein
Kollektorpotential fällt von einem, durch das Ausmaß der Aufladung des Kondensator C, bestimmten Niveau auf 0 ab.
Gleichzeitig überträgt- sich auf den Schaltungspunkt S über den Kondensator C, eine negative Spannung, deren Maximalwert
dem Maximalwert der vorher am Kollektor des Transistors T, erreichten positiven Spannung entspricht (Kurvenverlauf
der Figur 6 b); mit anderen Worten, der Kondensator C1 differentiert
die an seine andere Seite angelegte und auf die Triggerung des Transistors T1 zurückzuführende Sprungfunktion
und überträgt zunächst die volle negative Spannung auf dem Schaltungspunkt S, an welchem sie dann anschließend entsprechend
einer durch den Widerstand ßZf bestimmten Zeitkonstante
wieder abklingt. Da dadurch zunächst nunmehr am Schaltungspunkt S negatives Potential herrscht, überwiegt
das negative Potential auch an der Basis des Transistors T2 und dieser gerät sofort in seinen Sperrzustand, was einer
Änderung seines Kollektorpotential auf positive Werte entspricht (Kurvenverlauf der Figur 6c). Dies alles ge-
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schieht zum Zeitpunkt t.. der Figur 6 und je nach dem
Ausmaß der auf den Schaltungspunkt S übertragenen negativen Spannung (entsprechend dem Wert U^ der Figur 6b)
dauert dieser Zustand an, bis die negative Spannung sich am Schaltungspunkt S bis auf einen solchen positiven Wert
Up geändert hat, daß der Transistor T wieder leitend wird. Dies geschieht zum Zeitpunkt tp, in diesem Moment ändert
sich das Potential am Kollektor des Transistors Tp wieder
auf einen Wert von annähernd 0.
Da nun aber die auf den Schaltungspunkt S übertragene negative Spannung (deren Abklingen schließlich das Umschalten
des Transistors T0 bewirkt) in ihrer Maximalvorher
^
amplitude dem erreichten positiven Spannungswert am Kollektor des Transistors T, entspricht und da dieser positive
Spannungswert eindeutig abhängt 1) von der Zeitkonstanten T" (und damit vom Drosselklappenstellungswinkel oC )
und zum anderen von dem Zeitpunkt, an welchem die Aufladung des Kondensators C1 durch das Eintreffen eines nächsten
Triggerimpulses entsprechend dem Kurvenverlauf der Figur 6 a am Eingang des Transistors T. unterbrochen wird
(und dies ist wiederum der Umlaufzeit T proportional), ist die Dauer des positiven Impulses am Kollektor des Transistors
Tp eindeutig ebenfalls durch diese beiden Größen bestimmt.
Wie man sieht/ gelingt es daher der Schaltung der Figur 5,
das Kennlinienfeld der Figur 3 auf elektronischem Wege jeweils
zu jedem erforderlichen Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und der Umlaufzeit T dynamisch
neu zu bilden, wobei selbstverständlich die Werte des Widerstandes R7 und des Kondensators C1 als Variable
zur Festlegung des gesamten Kennlinienfeldes frei verfügbar sind.
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In der Darstellung der Figur 6 sind einige mögliche Kurvenverläufe
gestrichelt dargestellt.
Auf einen Umstand sei noch hingewiesen. Es ist ja soeben erläutert v/orden, daß die Dauer der Aufladung des Kondensators
Cj durch die Umlaufzeit T bestimmt wird, so daß am Ende eines Umlaufs am Kondensator C, eine Spannung anliegt,
die der Einspritzdauer t. proportional ist. Die Umwandlung dieser Spannung in eine Zeit geschieht im Grunde dadurch,
daß ausgelöst durch den Auslöseimpuls der Figur 6 a der Transistor T. leitend wird und sich der Kondensator Cj
über den Widerstand R, entlädt. Streng genommen müßte diese Entladung mit Konstantstrom erfolgen, d.h. die Änderung
der negativen Spannung am Punkte S (Kurvenverlauf der Figur 6 b) müßte in 'Richtung positive Werte linear verlaufen,
da jedoch höchstens der halbe Hub der e-Funktion durchfahren wird, ist die Näherung wegen der anfänglichen Linearität
ausreichend.
Ohne· den in der Darstellung der Figur 5 vorhandenen Widerstand
Rp, der einstellbar ist, wäre die Stellung oC = 0 des Potentiometers P1 (Drosselklappe geschlossen) ein Betriebspunkt ohne Verbrennungsluft, d.h. t. = 0. Der Motor benötigt
hier jedoch eine gewisse Leerlaufluftmenge, die über
den Leerlaufkanal zugeführt wird und auch eine Leerlaufkraft stoffmenge, die durch den einstellbaren Wert des Widerstandes
Rg bestimmt wird. Will man jedoch den Widerstand
Rg aus irgendwelchen Gründen nicht einführen (Erzielung einer
Abhängigkeit nur von der Stellung des Abgriffs), dann kann
bei RE auch ein, allerdings relativ hochohmiger Widerstand rea!
angeordnet werden, der zur Leerlaufeinstellung und sonstiger
Daten dienen kann. : ——""
Die obere Begrenzung der Kurvenscharen der Figur 1 kann mit Hilfe des Widerstandes R, eingestellt werden. Des weiteren
läßt sich der Darstellung der Figur 3 entnehmen, daß die Kurvenscharen ihren Ursprung nicht bei den Koordinaten t. =0,
T=O haben, sondern bei endlichen T-Werten, d.h. der Motor
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benötigt, wie eine Extrapolation der Kurven (gestrichelt auf einen Wert t_. = 0 durchgeführt) zeigt, schon bei einer
allerdings sehr hohen endlichen Drehzahl theoretisch keine Kraftstoffmenge mehr.
Die erfindungsgemäße Schaltung der Figur 5 berücksichtigt
diese Erscheinung automatisch, indem, wie der Darstellung der Figur 6 d beispielsweise entnommen werden kann, für
den Spannungsanstieg am Kollektor des Transistors T. oder
für die Aufladung des Kondensators C, nicht die volle Periodendauer
T verwendet wird, sondern lediglich die Differenz zwischen dieser und t.; mit anderen Worten, es beginnt
der Aufladevorgang des Kondensators erst zum Teitpunkt t und wird zum Zeitpunkt t durch den Triggerimpuls der Umlaufzeit
beendet.
Durch die Schaltung wird gleichzeitig erreicht, daß die t.-Werte, die einer Drosselklappenänderung folgen, zunächst
größer (Beschleunigung) bzw. kleiner (Verzögerung; als dies den jeweiligen Drosselklappenwerten oC entspricht (Übergangsanreicherung
bzw. Verzögerungsabmagerung).
Der am Kollektor Tp abgenommene gewünschte t.-Impuls wird
schließlich noch einer nicht dargestellten Multiplizierstufe zugeführt, die das Stellsignal erzeugt; es ist diese
Multiplizierstufe, der die weiter vorn noch erwähnten Regelsignale,
Eingriffe und Korrekturen zugeführt werden können, d.h. an welcher sich die überlagerte.'Regelung in entsprechender
V/eise auswirkt. Die erfindungsgemäße Schaltung der Figur 5 stellt lediglich die Rechenschaltung dar, die, wie
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schon; erwähnt, das Drehzahl-Drosselklappenvvinkel-Kennfeld
elektronisch nachbildet und damit eine Vorsteuerung der
jeweils erforderlichen Einspritzmenge angibt, die im Grunde· auch relativ grob gehalten sein kann, da aufgrund
der Regelung nach der Hauptanmeldung dann eine äußerst feinfühlige Steuerung des Motorverhaltens erzielt werden
kann. Als mögliche Regelverfahren kommen dabei die Regelung der Luftzahlftauf den Wert 1- oder magerer in Frage,
eine Laufruhenregelung oder eine Extremwertregelung von
max. Drehmoment. M- und minimalen Kraftstoffverbrauch.
Wird jedoch mit einer reinen Steuerung aufgrund der erfindungsgemäßen
Schaltung gefahren, dann wäre gegebenenfalls noch eine .Drehzahlkorrektur insbesondere-im Bereich
der Vollast erforderlich, diese läßt sich durch eine entsprechende
Auslegung des Widerstandes R,, der auch variabel geschaltet sein kann, erreichen. Bei einer Gesamtregelung
ist dies jedoch nicht erforderlich, da diese die Drehzahlkorrektur mit übernehmen kann.
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Claims (17)
- Patentansprüche:[Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen durch Ableitung des pro Hub zuzuführenden Kraftstoffbedarfs aus der 'jeweiligen Drehzahl und der Drosselklappenstellung, dadurch gekennzeichnet, daß eine analoge Rechenschaltung (1) vorgesehen ist, in v/elcher dem charakteristischen, jeweils vorab zu messendem Kennfeld für jede Art einer Brennkraftmaschine entsprechende Kenndaten durch entsprechende Auslegung der Rechenschaltung (1) so gespeichert sind, daß bei Zuführung von der Drosselklappenstellung (o£) und der Drehzahl (n) entsprechenden Signalen die Einspritzdauer (t.) aus der Spannung am Ende der Aufladezeit eines Kondensators (C.) ableitbar ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladezeitkonstante (f) des Kondensators so bestimmt ist, daß diese umgekehrt proportional zur Stellung (p£) der Drosselklappe ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (CH) Teil eines aus zwei Halbleiterschaltelementen (T1, Tp) gebildeten monostabilen Multivibrators ist.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator aus zwei Transistoren (T1, Tp) besteht, wobei die Basis-Elektroden beider Transistoren über Widerstände (R2, R^) und ihre Emitter direkt mit609824/0475611197J ■ - 19 -Masse verbunden sind, und daß der Kollektor des einen Transistors (T2), an welchem gleichzeitig das der einzuspritzenden Kraftstoffmenge proportionale Einspritzdauersignal (tj) abnehmbar ist, über einen weiteren Widerstand (R^) an der Basis des anderen Transistors (T1) liegt.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder l+, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung des anderen Transistors (T1) zur Basis des anderen Transistors (Tp) der Kondensator (C1) liegt, und daß Basis und Kollektor dieses Transistors (T2) über weitere Widerstände (R,, R/-) an positivem Potential liegen.
- 6. Vorrichtung nach einem oder mehrern der Ansprüche Ί bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Aufladezeitkonstante (T) des Kondensators (C1) bestimmende Widerstand (R-up gebildet ist von der Reihenschaltung der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors (T,) und eines Widerstandes (Rr3).
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis des Transistors (T,), dessen Kollektor mit dem Kollektor des anderen Transistors (T.) des monostabilen Multivibrators verbunden ist, ein der Drosselklappenstellung proportionales Signal zugeführt ist.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung der Drosselklappenstellungswerte ein Potentiometer (P1) vorgesehen ist, dessen Abgriff mit der Basis des im Kollektorzweig des anderen Transistors (T1) liegenden Transistors (T,) und dessen609824/04751123/σt/r6.11.1974 - 2o -einer Anschlußpunkt an positivem Potential und dessen anderer Anschlußpunkt belastungsfrei mit dem Verbindungspunkt der Kollektoren der beiden Transistoren (T1, T,) verbunden ist.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Anschlußpunkt des Potentiometers (P,) mit dem Emitter eines als Emitterfolger geschalteten weiteren Transistors (T7) verbunden ist, dessen Kollektor an negativem Potential oder Masse liegt und dessen Basis mit dem Verbindungspunkt der Kollektoren der Transistoren (T., T,) und des Kondensators (C,) verbunden ist.
- 1o. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der' eine Anschlußpunkt des Potentiometers (P,) zur Kompensation der Basis-Emitterspannung des den Aüfladewiderstands (R17,) des Kondensators (C1 ) bildenden Transistors (T, ) über eine in Flußrichtung geschaltete Diode (Ox) mit Masse verbunden ist.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Diode und Anschlußpunkt des Potentiometers (P,) zur Leerlaufeinstellung ein einstellbarer Widerstand (Ro) geschaltet ist.
- 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis des anderen Transistors (T1) über die Reihenschaltung eines Widerstandes (R.) und einer in Flußrichtung geschalteten Diode (D ) der Drehzahl'proportionale Impulse zuführbar sind.609824/0476.Π.1974 - 21 -
- 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kraftstoffeinspritzdauer (t.) proportionalen Ausgangsimpulse des einen Transistors (Tp) des monostabilen Multivibrators einer nachgeschalteten Multiplizierstufe zugeführt ist, der zusätzliche, aus dem Motorverhalten gewonnene Regelimpulse zugeleitet sind.
- 14. Vorrichtung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelimpulse abgeleitet sind aus der Laufruhe■ der Brennkraftmaschine (Laufruhenregelung).
- 15. Vorrichtung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Multiplizierstufe zugeleiteten Regelimpulse abgeleitet sind aus der Luftzahl (JA.), die mit Hilfe einer Sonde im Abgaskanal der Brennkraftmaschine bestimmbar ist.
- 16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15j dadurch gekennzeichnet, daß eine kombinierte Laufruhen- und Luftzahl-Regelung vorgesehen ist, derart, daß bei Laufruhenregelung eine überlagerte Regelung auf Luftzahlen von Λ~ Α Vorrang hat.
- 17. Vorrichtung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelimpulse aus einer Extremwert-Regelung von maximalem Drehmoment und minimalem Kraftstoffverbrauch gewonnen sind.609824/tK 75
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