DE2457461C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge nach der Gattung des Hauptanspruchs und ist ein Zusatz zum deutschen Patent 24 57 436.

Bei einer gattungsbestimmenden Vorrichtung dieser Art (DE-OS 24 13 015, DE-OS 23 03 182) ist es bekannt, zur Steuerung von entsprechenden Funktionen bei einem Kraftfahrzeug ein Drosselklappenstellungs/Drehzahl-Kennfeld auszuwerten, wobei zur Adressierung eines Festwertspeichers die wichtigeren bits jedes Momentanwerts der erfaßten Maschinenparameter direkt der Festlegung des Interpolationsintervalls im Speicher dienen, während für die jeweils weniger wichtigeren bits ein Zähler vorgesehen ist. Dieser Zähler vergleicht in speziellen Testschaltungen die weniger wichtigen bits der beiden zugeführten Wörter mit seinem eigenen Zählerstand und fügt je nach Ergebnis des durchgeführten Vergleichs (Zählerstand höher oder niedriger als der LSB-Wert) den unmittelbar dem Adressierungsbereich des Speichers zugeführten MSB-bits jeweils noch eine Zahl oder ein Einer-Komplement hinzu, resultierend aus der geringeren Wertigkeit.

Dabei ist es aus der DE-OS 24 13 015 ferner bekannt, eine einer Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge zunächst in einem gröberen Rahmen vorzubestimmen und anschließend unter Zugrundelegung von über Sensoren erfaßte Betriebsparameter multiplikativ zu korrigieren.

Bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen wird die auf jeden Hub der Brennkraftmaschine entfallende Kraftstoffmenge so an die angesaugte Luftmenge angepaßt, daß der Verbrennungsvorgang weder zu einem Leistungsverlust führt noch mit Kraftstoffüberschuß erfolgt, weil dies zu einer übermäßigen Erzeugung umweltschädlicher Gase und zu hohem Kraftstoffverbrauch führt. Man strebt daher ein stöchiometrisches Verhältnis des den Brennräumen zugeführten Kraftstoffluftgemisches an ( λ =1) oder ein Gemisch, welches Luft im Überschuß enthält und daher mager ist; auf diese Weise gelingt es besonders gut, die schädlichen Abgasanteile bis zu einer gewissen Grenze zu reduzieren und daher auch den stetig ansteigenden Forderungen hinsichtlich einer besseren Reinerhaltung der Luft zu entsprechen. Allein bei Vollastbetrieb (vollständig geöffnete Drosselklappe) müssen im allgemeinen Luftzahlwerte λ<1 zugelassen werden. Um jedoch die Kraftstoffeinspritzdauer einwandfrei festlegen zu können - wenn beispielsweise der Kraftstoff über Einspritzventile den Zylindern oder dem Ansaugrohr zugeführt wird - 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 und das ermittelte Signal weiterleitender Anordnungen 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 auch eine Bestimmung der Einspritzdauer ausgehend von den Größen Drehzahl und Saugrohrdruck möglich, wobei mit Hilfe der Kennlinie eines Druckfühlers im Ansaugrohr die Abhängigkeit der Kraftstoffmenge vom Saugrohrdruck für eine bestimmte Drehzahl ermittelt werden kann.

Auch die Saugrohrdruckmessung ist kompliziert, man benötigt wie bei der Stauscheibenmessung zusätzliche Geber, und die erwähnte Verzögerung bei der Drehmomenterhöhung liegt hier gleichfalls vor. Daher ist es erforderlich, zur Erzielung eines guten Überganges bei Änderung der Drosselklappenstellung während der Übergangsphase mit Hilfe einer zusätzlichen Vorrichtung zur Erzielung einer Übergangsanreicherung einen gewissen Kraftstoffüberschuß zu erzeugen.

Es ist an sich schon bekannt, zur Bestimmung der jeweils den Brennräumen der Zylinder zuzuführenden Kraftstoffmenge, d. h. - bei Verwendung von mit Kraftstoff eines vorgegebenen gegebenen Drucks beaufschlagten Einspritzventilen - der Einspritzdauer von den jeweiligen Momentanwerten der Drosselklappenstellung und der Drehzahl auszugehen, denn allein diese beiden Werte sind schon geeignet, die einzuspritzende Kraftstoffmenge eindeutig festzulegen.

Hierzu ist es erforderlich, für jede Art einer in der Weise mit Kraftstoff zu versorgenden Brennkraftmaschine ein sogenanntes Kennfeld aufzustellen, welches die Abhängigkeit der einzuspritzenden Kraftstoffmenge oder der Einspritzdauer t _i über der Drehzahl zeigt, wobei die Drosselklappenstellungswerte als Parameter dienen. Ein solches Kennfeld ist in der Fig. 2 schematisch dargestellt, worauf weiter unten noch eingegangen werden muß. Bei mechanischen Einspritzsystemen verwendet man beispielsweise einen Raumnocken, der von der jeweiligen Drehzahl und der Drosselklappenstellung beaufschlagt die einzuspritzende Kraftstoffmenge festlegt. Wie jedoch dem Kennfeld der Fig. 2 entnommen werden kann, hängt die einzuspritzende Kraftstoffmenge in einer relativ komplizierten Weise von der Drehzahl und der Drosselklappenstellung ab, so daß es bisher als nicht möglich angesehen worden ist, eine die einzuspritzende Kraftstoffmenge angebende Funktion mit vertretbarem Aufwand nachzubilden, wenn es sich um eine elektrische bzw. elektronische Einspritzvorrichtung handelt. Da diese Funktion t _i =f ( α, n) auf direktem Wege nur schwer zu realisieren ist, wobei t _i die Einspritzdauer des pro Hub einzuspritzenden Kraftstoffs darstellt, der mit vorgegebenem Druck an den Einspritzventilen anliegt und der Kraftstoffmenge Q daher proportional ist, α die jeweilige Stellung der Drosselklappe und n 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 allerdings ein gewisser Aufwand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zu Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge bei einer Brennkraftmaschine, bei der unter Auswertung eines Drosselklappestellungs/Drehzahl-Kennfelds die einzuspritzende Kraftstoffmenge zunächst grob vorbestimmt und anschließend durch multiplikative Verknüpfung mit weiteren Betriebsparametern korrigiert wird, diese Vorbestimmung unter Zugrundelegung eines Lesespeichers so durchzuführen, daß unter Einsparung von Speicherplätzen so interpoliert werden kann, daß die aus dem Festwertspeicher gewonnenen Angaben schnell und unkompliziert ausgewertet werden können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß ohne übermäßigen Speicheraufwand ein durch Interpolation gewonnener, für sich gesehen schon genauer Wert einer Vorsteuergröße für die einzuspritzende Kraftstoffmenge zur Verfügung gestellt werden kann, der durch die Einbettung der Erfindung in ein Gesamtregelsystem dazu führt, daß die jeweilige Brennkraftmaschine mit besonders großer Präzision in ihrer Arbeitsweise geregelt werden kann. Das Gesamtregelsystem besteht dann daraus, daß ferner aus dem tatsächlichen Verhalten der jeweiligen Brennkraftmaschine, beispielsweise aus ihrer Laufruhe oder aus ihrer Abgaszusammensetzung (Luftzahl λ ) Signale gewonnen werden, die rückgeführte Istwertsignale sind und bei ihrer Zuführung zur Vorrichtung darüber hinaus sicherstellen, daß, obwohl die Gewinnung von Angaben für die einzuspritzende Kraftstoffmenge aus einem Lesespeicher ein Steuerungssystem ist, gleichzeitig nach Art einer Regelung reagiert und die durch die Interpolation gewonnenen Werten eine Istwertkorrektur zugeführt wird. Ein solches Gesamtregelsystem ist Gegenstand des erwähnten Hauptanspruchs 24 57 436, welches durch die vorliegende Erfindung als deren Zusatz verbessert wird.

Das Grundprinzip dieser Regelung ist im Hauptpatent erläutert und braucht im folgenden nicht genauer angegeben zu werden; es sei lediglich noch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Vorrichtung in der Weise eine Regelung mit hoher Präzision ermöglicht, daß die zunächst die Einspritzdauer lediglich steuernde Vorrichtung rückgeführte Signale erhält, die beispielsweise die Laufruhe der Brennkraftmaschine darstellen. Die Laufruhe kann mit Hilfe eines Gebers festgestellt werden, der zur Kurbelwellenumdrehung proportionale Impulse aufgrund des Vorbeilaufs einer Markierung bevorzugt induktiv erzeugt. Dabei macht sich eine Motorunruhe oder Laufunruhe durch eine relative Kurbelwellenverdrehung bei unruhigem Lauf bemerkbar; diese relativen Zeitverschiebungen werden abgetastet und in entsprechende Laufruhen-Signale umgesetzt. Alternativ ist es auch möglich, aus der Abgaszusammensetzung im Abgaskanal das den Brennräumen zugeführte Kraftstoffluftgemisch in seiner ursprünglichen Mischungszusammensetzung zu bestimmen, d. h. die Luftzahl g zu ermitteln. Es können dann der Rechenschaltung aus der Luftzahl λ abgeleitete Signale so zugeführt werden, daß die Brennkraftmaschine in einem stöchiometrischen Verhältnis, bevorzugt jedoch in Richtung einer Gemischabmagerung betrieben wird ( λ<1).

Da der die Einspritzdauer bestimmende Rechner jeweils das der ihm zugeordneten Brennkraftmaschine entsprechende Kennfeld enthält, ist hierfür eine digitale Speicherstruktur vorgesehen. Dieser Speicher umfaßt jedoch nicht jeden denkbaren Punkt im Kennlinienfeld, was einen unvertretbar hohen Aufwand bedeuten würde, sondern es sind lediglich eine vorgegebene Anzahl von gespeicherten Größen vorgesehen, wobei dann zwischen den gespeicherten Werten eine Interpolation durchgeführt wird, wie weiter unten noch genauer erläutert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ferner in der Lage, neben der Bestimmung der Einspritzdauer t _i auch den Zündzeitpunkt t _z und die Abgasrückführrate AR festzulegen.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß bei Zuordnung der Vorrichtung in das Gesamtregelsystem der Speicheraufwand gering gehalten werden kann, da aufgrund der digitalen Interpolation ohnehin eine größere Genauigkeit erreicht wird und die jeweils zur Verwendung gelangende Einspritzmenge auch nur näherungsweise festgelegt zu werden braucht - was einer eher gröberen Vorsteuerung entspricht -, da die Regelung anschließend präzisierend eingreift. Dabei kann die gleiche noch zu beschreibende Rechnerstruktur bei gleichen Eingangsgrößen, Drehzahl und Drosselklappenstellung, auch den Zündzeitpunkt und die Abgasrückführrate steuern.

Vorteilhaft ist weiterhin die Verwendung von einfachen Gebern, wobei die Drehzahl durch eine Kurbelwellenmarke mit Hilfe einer Periodendauerauszählung bestimmt und die Drosselklappenstellung α durch einen vorzugsweise sofort digital codierenden Drosselklappenschalter ermittelt werden kann.

Verwendet man im Gesamtregelsystem eine Laufruhenregelung, dann läßt sich das erforderliche Drehzahlsignal auch aus den ohnehin für die Laufruhenregelung erforderlichen Gebern ableiten.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnung Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung einer Brennkraftmaschine mit zugeordneten, auf elektronischer Basis arbeitenden Bauelementen zur Bildung eines Regelkreises,

Fig. 2 ein charakteristisches Kennlinienfeld,

Fig. 3 in schematischer Blockdarstellung das Schaltbild der Rechenschaltung der Fig. 1,

Fig. 4 den möglichen Aufbau eines der Rechenschaltung zugeordneten Speichers mit einer Angabe zur Durchführung einer Interpolation zwischen diskreten, gespeicherten Werten des Kennfeldes nach Fig. 2,

Fig. 5 die Rechenschaltung in dataillierterer Darstellung,

Fig. 6 ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung für den Speicher der Fig. 4 und

Fig. 7 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Erzielung einer verbesserten Periodendauerauszählung bei der Ermittlung eines der Drehzahl entsprechenden digitalen Signals.

Die Darstellung der Fig. 1 ist lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung und zu ihrer Einordnung in ein mögliches Gesamtregelsystem angegeben worden; in Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Rechenschaltung mit dem Bezugszeichen 1 und der von ihr mit den richtigen Einspritzsteuerbefehlen zu versorgende Motor mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Im Ansaugkanal 3 der Brennkraftmaschine ist eine Drosselklappe 5 angeordnet, deren Stellungswerte über eine geeignete Vorrichtung 9 der Rechenschaltung 1 in bevorzugt sofort digital-codierten Werten zugeleitet werden. Die Ausgangssteuersignale der Rechenschaltung 1 gelangen über eine Leitung 4 zu schematisch in den Ansaugverteilerbereichen angeordneten Einspritzventilen; zugeordnet ist der Rechenschaltung 1 ein allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes Rückführsystem, welches der Rechenschaltung in geeigneter Weise aufbereitete Signale aus dem Motorverhalten zuleitet, wie weiter vorne schon erläutert. Auf diesen Teil braucht jedoch im folgenden nicht genauer eingegangen zu werden; für eine ausführliche Erläuterung wird auf die weiter vorn schon erwähnte Hauptanmeldung verwiesen.

Die Fig. 2 zeigt ein spezifisches Kennfeld, welches in Ordinatenrichtung die Einspritzdauer t _i pro Hub oder die Kraftstoffeinspritzmenge angibt, und zwar in Abhängigkeit über der Drehzahl n pro Minute, wobei jeder Kurvenverlauf durch eine bestimmte konstante Drosselklappenstellung vorgegeben ist. Dem Kennfeld kann allgemein entnommen werden, daß bei niedriger Drehzahl für relativ große Änderung der eingespritzten Kraftstoffmenge erforderlich ist, während bei relativ hoher Drehzahl große Drosselklappenänderungen erforderlich sind, um der Brennkraftmaschine ausreichenden Kraftstoff zuzuführen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist nun dieses, für jede Art einer Brennkraftmaschine charakteristische Kennfeld in einen speziellen Speicher der Rechenschaltung eingegeben, so daß naturgemäß die diesen fertigen Speicher enthaltende Rechenschaltung nur noch geeignet ist, Einspritzsteuerbefehle für diese Art einer Brennkraftmaschine zu erzeugen. Eine Änderung ist durch Austausch des Speichers möglich.

Die Rechenschaltung ist dann in schematischer Darstellung in Fig. 3 gezeigt, wobei die schematisch bei 11 angedeutete Drosselklappenstellung über einen Drosselklappenstellungsgeber 12 einer Umwandlungsvorrichtung 13 zugeführt wird, die die Drosselklappenstellung α in eine Dualzahl umwandelt, und zwar beim Ausführungsbeispiel bevorzugt in ein 5-bit-Wort. Alternativ ist es auch möglich, den Drosselklappenstellungsgeber 12 sofort als digital kodierende Anordnung auszulegen.

Aus der Umwandlungsanordnung gelangt dann das der Drosselklappenstellung α entsprechende digitale 5-bit-Wort in einen Zwischenspeicher 14.

In ähnlicher Weise erstellt man ein der Drehzahl bzw. der Periodendauer proportionales 5-bit-Wort, wozu beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Induktivgeber 16 vorgesehen ist, an welchem sich eine auf der Kurbelwelle der zugeordneten Brennkraftmaschine zugeordente Marke 17 vorbeibewegt. Über eine Signalaufbereitungsanordnung 18 gelangen die die Periodendauer angebenden Signale auf einen Vorwärtszähler 19, in welchem die Periodendauer der Impulsfolge mit konstanter Frequenz f₁ ausgezählt wird, am Ende gelangt dann ein entsprechendes 5-bit-Wort in einen Endstandspeicher 21. Das Auszählen von Impuls zu Impuls der Marke 17 mit konstanter Frequenz ergibt die Periodendauer als Zählerstand. Ändert sich die Auszählfrequenz jedoch nach einer Hyperbelfunktion, worauf weiter unten in vorteilhafter Ausgestaltung noch eingegangen wird, so ergibt sich die Drehzahl als Zählerstand. Hier steht sowohl im Zwischenspeicher 14 als auch im Endstandspeicher 21 jeweils ein 5-bit-Wort an, welches der Drosselklappenstellung bzw. der Drehzahl oder der Periodendauer proportional ist. Die Werte der im Zwischenspeicher und im Endstandspeicher stehenden 5-bit-Worte ändern sich dann jeweils bei Änderung der Eingangsgrößen, d. h. mit jeder Kurbelwellenumdrehung ändern sich selbstverständlich auch das der Periodendauer proportionale 5-bit-Wort im Endstandspeicher 21, das gleiche geschieht bei einer Stellungsänderung der Drosselklappe mit dem 5-bit-Wort im Zwischenspeicher 14.

Wie der Darstellung in Fig. 3 entnommen werden kann, ist des weiteren ein Lesespeicher 22 vorgesehen, der das in Fig. 2 dargestellte Kennfeld in einer speziellen kodierten Speicherung enthält. Um dies genauer zu erläutern, ist es erforderlich, nunmehr zunächst auf die Darstellung der Fig. 4 einzugehen, mit der Erläuterung des Prinzipschaltbilds der Fig. 3 wird dann später fortgefahren.

Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Lesespeicher 22 so ausgebildet, daß gemäß der Darstellung der Fig. 4 das gesamte Kennfeld der Fig. 2 in je 7 Intervalle in Y-Richtung und X-Richtung unterteilt ist (diese Richtungen entsprechen jeweils beispielsweise der Drosselklappenstellung α und der Periodendauer T), so daß in dem Lesespeicher 22 8×8 Worte zu bevorzugt 8 bit abgespeichert sind. Die Anzahl der bits der abgespeicherten 8×8 Worte ist im Grunde willkürlich und es ist lediglich erforderlich, eine ausreichende Anzahl von bits zur Erzielung einer entsprechenden Genauigkeit vorzugeben. Beim Ausführungsbeispiel ist so vorgegangen, daß, wie erwähnt, die Eingangsgröße 5 bit und der Eingang des Lesespeichers 3 bit ( 8 Worte) hat, daher erfolgt dann eine Interpolation mit 2 bit = 4 Schritte. Der Lesespeicher der Fig. 4 ist daher relativ einfach aufgebaut, da jedoch nicht anzunehmen ist, daß die jeweiligen, der Drosselklappenstellung α und der Periodendauer T entsprechenden, dem Lesespeicher zuzufühenden 5-bit-Worte stets genau den abgespeicherten Worten der 8×8 Worte entsprechen, erfolgt dann eine Interpolation in der Weise, daß die je 7 Intervalle in jeweils 4 Interpolationsschritten unterteilt sind.

Anhand der Darstellung der Fig. 4 soll nunmehr zunächst das Interpolationsverfahren aufgezeigt werden, die effektive Realisierung einer Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens wird dann anhand der Fig. 5 in Verbindung mit Fig. 3 erläutert.

In Fig. 4 ist in Ordinatenrichtung beispielsweise die Drosselklappenstellung α als Y und in Abzissenrichtung die Periodendauer T als X aufgetragen, so daß in Ordinatenrichtung ein der Drosselklappenstellung α entsprechendes 5-bit-Wort anliegt, in Abzissenrichtung ein 5-bit-Wort entsprechend der Periodendauer T. Dabei geben die drei ersten Zeichen oder bits des jeweiligen 5-bit-Wortes an den Achsen (d. h. die 3 MSB's = Most significant bits) das Intervall an, die beiden letzten bits (LSB = least significant bits) die Stellung in dem jeweiligen Intervall. Die Interpolation geschieht dann durch Mittelwertbildung, und zwar mit 16 Additionen, wobei jeweils die gespeicherten 8-bit-Worte des Intervalls, in dem man sich befindet und die der nächsthöheren Intervalle miteinander addiert werden, und zwar in einem Verhältnis, daß von der Stellung der Eingangsgrößen im jeweiligen Intervall abhängt; anschließend erfolgt eine Division durch 16. Als Beispiel ist angegeben, daß im Zwischenspeicher 14 (Drosselklappenstellung α) das 5-bit-Wort 0L0LL und im Endstandspeicher 21 das 5-bit-Wort 0L0L0 ansteht. In diesem Falle ist durch diese beiden Eingangsgrößen das schraffierte Quadrat ausgewählt und das dem Lesespeicher nachgeschaltete Rechenwerk muß eine diesem ausgewählten Quadrat entsprechende Information abgeben. Die Interpolation erfolgt linear, und zwar in der Weise, daß die gespeicherten 8-bit-Worte bei den durchzuführenden Additionen aus beim Ausführungsbeispiel 4 gespeicherten Größen umso häufiger als Summanden auftreten, je "näher" der durch die beiden Eingangsgrößen festgelegte endliche Bereich ihnen ist.

In der Darstellung der Fig. 4 sind die 7 Intervalle durch die Größen Y₁ bis Y₈ und X₁ bis X₈ festgelegt, so daß bei der Mittelwertbildung beim dargestellten Ausführungsbeispiel die folgenden 8-bit-Worte zu addieren sind, wenn in den dargestellten Interpolationsrichtungen addiert wird; X₃Y₃; X₄Y₃; X₃Y₄ und X₄Y₄. Damit man weiß, wie häufig die einzelnen, soeben erwähnten 8-bit-Worte jeweils zu addieren sind, kann man so vorgehen, daß man ausgehend von dem schraffiert dargestellten Quadrat ein in jede Interpolationsrichtung 4 Interpolationsschritte umfassendes Quadrat zeichnet, wie durch die dicke Umrandung in der Darstellung der Fig. 4 dargestellt; dieses Quadrat wird von den X₄ und Y₃ zugeordneten Verbindungslinien so unterteilt, daß in dem 8-bit-Wort X₃Y₃ zwei Kästchen, dem 8-bit-Wort X₄Y₃ ebenfalls zwei Kästchen, dem 8-bit-Wort Y₃Y₄ sechs Kästchen und dem 8-bit-Wort Y₄X₄ ebenfalls sechs Kästchen zugeordnet sind. Damit ergibt sich folgende Addition: 2×X₃Y₃, 2×X₄Y₃, 6×X₃Y₄ und 6×X₄Y₄. Dieses Ergebnis wird, wie schon erwähnt, durch 16 dividiert und entspricht damit dem Mittelwert. Nun zurück zur Darstellung der Fig. 3 in Verbindung mit der Fig. 5. In der Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 23 bezeichneten Adressenvorwahl werden für die aufeinanderfolgenden, durchzuführenden 16 Additionen die jeweils benötigten 8-bit-Worte angewählt. Die Adressierung im Lesespeicher 22 ist dann lediglich noch eine Umcodierung. Die Additionen werden von dem dem Lesespeicher 22 nachgeschalteten Rechenwerk 24 seriell ausgeführt, es ergibt sich dabei max. ein 12-bit-Wort, von dem lediglich die ersten 8 MSB weitergegeben werden, wodurch man die Division mit 16 durchführt. In dem dem Rechenwerk 24 nachgeschaltetem Wandler 26 erfolgt dann die Umwandlung dieser Zahl in die erforderliche Ausgangsgröße, vorzugsweise in eine Zeit, die einem Stellglied zugeführt werden kann, die Zeit kann beispielsweise der Einspritzdauer t _i entsprechen. Um die einzelnen Vorgänge in entsprechender Weise aufeinander abzustimmen und taktmäßig zu steuern, ist dann noch ein universales Steuerwerk 27 vorgesehen, welches in entsprechender Weise die einzelnen Schaltungsanordnungen beaufschlagt; dem Steuerwerk 27 ist der System-Takt zugeführt.

Im einzelnen geschieht dabei, wie die Darstellung der Fig. 5 zeigt, folgendes. Die 3 wichtigsten bits jedes 5-bit-Wortes im Zwischenspeicher 14 und Endstandspeicher 21 gehen direkt auf die Adressierung des Lesespeichers 22; sie sind als abc-bits bezeichnet. Diese 3 ersten bits abc jeder Richtung X oder Y legen daher das anfängliche 8-bit-Wort fest, von dem auszugehen ist, die beiden letzten bits jedes 5-bit-Wortes bestimmen dann die Häufigkeit, in welcher dieses 8-bit-Wort und die jeweils angrenzenden drei in Interpolationsrichtung zur Addition herangezogen werden. Die beiden letzten bits jedes 5-bit-Wortes aus dem Zwischenspeicher 14 und dem Endstandspeicher 21 werden daher Vergleichern 35 und 36 zugeführt, deren andere Eingänge mit den Ausgängen eines Zählers 28 verbunden sind. Dieser Zähler 28 ist Bestandteil des Steuerwerks 27, welches noch einen weiteren Zähler 29 enthält, der aus dem zentralen Systemtakt jeweils die 12 Taktschritte ableitet, die für eine serielle Addition benötigt werden. Der Zähler 28, der 4 bit zählen kann, ist dem 12er-Zähler 29 nachgeschaltet und zählt daher jeden 12. Takt. Die Ausgangspositionen des 4-bit-Wortes am Zähler 28 ändert sich daher von 0000 bis LLLL. Immer wenn 12 System-Takte, wie durch den Zähler 29 festgelegt, verstrichen sind, ist eine der seriellen Additionen durchgeführt und es erfolgt eine erneute Addition, wobei gleichzeitig der 4-bit-Zähler 28 seine Ausgangsposition jeweils um den Wert 1 ändert. Die beiden MSB's des Zählers 28 gelangen zum Vergleicher 35, die beiden LSB's zum Vergleicher 36. Die beiden Vergleicher-Schaltungen 35 und 36 geben über eine Ausgangsleitung ein Signal z ab. Wenn die jeweils vom Zähler 28 kommenden 2-bit-Worte größer oder gleich wie die jeweiligen 2 LSB's der Speicher 14 und 21 sind, dann ist z = L, ansonsten ist es 0. Die Vergleicher 35 und 36 führen daher einen "größer-gleich"-Vergleich durch, wobei mit dem Vergleicher 36 jeweils 4 Additionen in X-Richtung (vergl. Fig. 4) durchgeführt werden. Solange also die beiden LSB oder letzten beiden bits des Zählers 28 kleiner sind als die beiden LSB im Endstandspeicher 21, liegt das Ausgangssignal z des Vergleichers auf 0. In diesem Falle wird das zum Intervall gehörende 8-bit-Wort (gegeben durch die 3 MSB abc der Eingangsgröße) angesteuert. Ist der Zählerstand jedoch gleich oder größer, dann wird das Ausgangssignal des Vergleichers 36, aber auch des Vergleichers 35, der in identischer Weise wirkt, L und das zum nächsthöheren Intervall gehörende 8-bit-Wort wird ausgewählt. Der Vergleicher 35 steuert in gleicher Weise die Interpolation in Y-Richtung, jedoch wegen des Zählers 28 um weitere 4 Takte untersetzt. Ein Ausführungsbeispiel für die Adressierung des Lesespeichers 22 ist in Fig. 6 dargestellt; daher erscheint es zweckmäßig, zum umfassenden Verständnis, bevor auf die Weiterverarbeitung der jeweils aus dem Lesespeicher 22 ausgelesenen 8-bit-Worte in der weiterverarbeitenden Schaltung eingegangen wird, die Lesespeicher-Anwahlschaltung oder Adressierung der Fig. 6 kurz zu erläutern. Die Darstellung der Fig. 6 entspricht einer Adressierschaltung in Y- oder in X-Richtung, die 3 MSB abc gelangen umittelbar auf UND-Gatter 31, wobei mit einem dicken Punkt versehene Eingänge negiert sind. Das z-Signal geht an einen 4. Eingang der UND-Gatter 31. Sind sämtliche Eingänge des 1. UND-Gatters von oben 0, also sind sämtliche Werte, wie der "schaltalgebraischen Tabelle" der Fig. 4 entnommen werden kann, negiert, dann wird das Wort A angewählt, welches, da die Adressierschaltung der Fig. 6 lediglich die Adressierung in eine Richtung darstellt, dem Werte X₁ oder Y₁ entspricht. Man sieht sofort, daß dann, wenn das z-Signal L wird, nunmehr das nächsthöhere 8-bit-Wort B angewählt wird, welches X₂ oder Y₂ entspricht.

Da der Zähler 28 ein 4-bit-Zähler ist, werden auf diese Weise insgesamt, wie leicht einzusehen ist, 16 8-bit-Worte aus dem Lesespeicher 22 ausgewählt und von diesem, wie weiter der Fig. 5 entnommen werden kann, zunächst einem nachgeschalteten Schieberegister 32 zugeführt. Dieses Schieberegister 32 sowie ein weiteres, als Akkumulator zu bezeichnendes Schieberegister 33 sind Teil des Rechenwerks 30 und in geeigneter Weise so ausgebildet, daß die jeweils 16 Additionen ausgeführt werden können. Hierzu sind die Ausgänge des 8-bit umfassenden Schieberegisters 32 und des, wegen der von ihm aufzunehmenden, nach 16 Additionen auf 12 bit angewachsenen Wortes auf eine solche Kapazität ausgelegten Schieberegisters 33 mit den Eingängen eines 1-bit-Volladdierers 34 verbunden, dessen Ausgang wieder über eine Leitung 35 zum Akkumulator oder Schieberegister 33 führt. Die Addition erfolgt jeweils entsprechend dem Systemtakt; dabei ist ein Umschalter 36 vorgesehen, der nach den ersten 8 Takten, nachdem also die in dem ersten Schieberegister 32 enthaltenden 8 bits über den Volladdierer in den Akkumulator 33 gelaufen sind, den Ausgang dieses Schieberegisters bzw. den entsprechenden Eingang des Volladdierers 34 auf "0" legt, damit die letzten 4 bits im Schieberegister, die inzwischen, je nach Stand der Addition, aufgelaufen sein können, verarbeitet werden können. Der Volladdierer 34 addiert jeweils in serieller Weise 1 bit aus Schieberegister 32 und Akkumulator 33 und benötigt, wie einzusehen ist, hierzu noch einen Zwischenspeicher 58 für den Übertrag. Gegebenenfalls kann aber, je nach Arbeitsweise des Schieberegisters 32, auch auf den Umschalter 36 verzichtet werden, beispielsweise wenn das Register 32 eine Länge von 12 bit hat, wobei jeweils die 4 MSB Null sind.

Nach Durchführung von jeweils 16 Additionen ist dann im Akkumulator 33 ein aus 12 bit bestehendes Wort gebildet, welches dadurch durch 16 dividiert wird, daß die 4 unteren bits, d. h. die 4 LSB unterdrückt und lediglich die 8 MSB weitergegeben werden. Die Weitergabe erfolgt über eine Leitung 37 entsprechend dem Systemtakt und in diesem Sinne ebenfalls vom Steuerwerk 27 gesteuert, wobei noch ein in der erwähnten Weise beaufschlagtes Gatter in der Leitung 37 angeordnet sein muß, damit die 4 LSB unterdrückt werden können. Über die Leitung 37 gelangt das 8-bit-Wort, welches nunmehr eine präzise Interpolation darstellt, auf ein weiteres Schieberegister 38, das als Rückwärtszähler ausgebildet ist. Der Rückwärtszähler 38 umfaßt 8 bit; sein Ausgang liegt über einen Inverter 39 am Eingang eines Halbaddierers 41, dessen anderem Eingang, selbstverständlich im entsprechendem Takt, eine Frequenz f₂ zugeführt ist. Der Ausgang des Halbaddierers ist über einen weiteren Inverter 42 wieder mit dem Eingang des Rückwärtszählers 38 verbunden; es ist einzusehen, daß durch die erstmalige Invertierung, die Addition jeweils eines bits mit Hilfe der zugeführten Frequenz f₂ und der nochmaligen Invertierung der Inhalt des Rückwärtszählers oder Schieberegisters 38 ausgezählt wird, wobei die Zähldauer ein Maß für den Inhalt des ursprünglichen 8-bit-Wortes ist. Sobald ein dem Rückwärtszähler 38 zugeordnetes Gatter 43 den Inhalt des Rückwärtszählers 38 als zu "0" erkennt, wird ein Signal abgegeben, welches beispielsweise einer nachgeschalteten Kippstufe 44 zugeleitet werden kann. Diese Kippstufe kann bei Beginn des Rückwärtszählvorgangs gesetzt worden sein, so daß man ein zeitabhängiges Maß gewinnt, welches der anfänglichen Größe des 8-bit-Worts im Rückwärtszähler 38 proportional ist. Hierzu läßt sich beispielsweise ein Kurbelwellengeber verwenden, der einen Schalter 45 nach Einspeisung des 8-bit-Worts aus dem Akkumulator 33 in den Rückwärtszähler 38 so umlegt, daß nunmehr die Auszählung des Rückwärtszählers 38 auf 0 erfolgt und dabei gleichzeitig die bistabile Kippstufe 44 gesetzt wurde, wobei das Rücksetzen vom Gatter 43 bei 0-Erkennung erfolgt.

Man sieht, daß es auf diese Weise gelingt, auf digitale Weise einmal ein für jede Art einer Brennkraftmaschine spezifisches Kennfeld zu speichern, aber auch auszulesen, ohne daß es erforderlich ist, einen übermäßigen Aufwand zu treiben. Selbstverständlich ist es möglich, die Anzahl der bits jedes Wortes je nach der gewünschten Präzison zu ändern, dies trifft auch auf die Anzahl der bits der im Lesespeicher gespeicherten Worte zu.

In Fig. 7 ist schließlich noch eine verbesserte Möglichkeit für die Auszählung der Periodendauer dargestellt; dies betrifft die Bausteine 16, 17, 18, 19 und 21 der Darstellung der Fig. 3, die schließlich ein der Periodendauer proportionales 5-bit-Wort im Endstandspeicher 21 bilden sollen. Üblicherweise ist ja die Auszählung der Periodendauer mit einer konstanten Frequenz bei niedriger Drehzahl (d. h. bei hoher Periodendauer) sehr genau, wird jedoch mit höheren Drehzahlen immer ungenauer. Diesen Nachteil kann man jedoch vermeiden, wenn man den in Fig. 3 vorgesehenen Vorwärtszähler 19 durch einen Rückwärtszähler 50 ersetzt und dann nicht mehr mit konstanter Frequenz, sondern mit sich verändernder Frequenz auszählt, wobei die Veränderung einen angenähert hyperbolischen Verlauf hat. Zu diesem Zweck ist dem Rückwärtszähler 50 ein Intervall-Dekodierer 51 zugeordnet, der die jeweilige Periodendauer feststellt und eine entsprechende Information an eine Frequenz-Synthese-Schaltung 52 weiterleitet, die in der Lage ist, aus ihr angebotenen, verschiedenen, nicht koinzidenten Teilfrequenzen eine synthetische Frequenz je nach Bedarf zusammenzustellen und dem Rückwärtszähler zuzuleiten. Hierzu ist ein vom Systemtakt beaufschlagter Teilerzähler 54 vorgesehen, aus dem in einer Schaltung 53 eine Vielzahl nicht koinzidenter Teilfrequenzen erzeugt werden. Diese Frequenzen werden dann der Frequenz-Synthese-Schaltung 52 zur Weiterleitung an den Rückwärtszähler 50 zur Verfügung gestellt. Am Ende der Periodendauer wird dann eine drehzahl-proportionale Zahl in den Endstandspeicher 21 übernommen. Im vorliegenden Fall kann die Annäherung an den hyperbolischen Verlauf der Frequenzänderung vorzugsweise sehr grob sein, so daß die in Fig. 7 dargestellte Schaltung relativ einfach gehalten werden kann. Beispielsweise läßt sich der hyperbolische Frequenzänderungsverlauf durch zwei Geraden annähern, so daß man lediglich zwei Teilfrequenzen benötigt.

Die bisher beschriebene digitale Schaltung erlaubt weitgehende Eingriffe, wie beispielsweise beim Warmlauf, Kaltstart und dgl. erforderlich sind. So läßt sich beispielsweise die dem Rückwärtszähler 38 der Umwandlungsschaltung 36 zugeführte konstante Frequenz in der Weise ändern, daß ein multiplikativer Eingriff vorgenommen wird. Beispielsweise kann ein Warmlauf vorgesehen sein, in dem in bestimmten Temperaturbereichen die Frequenz f₂, die zum Auszählen des Rückwärtszählerinhaltes verwendet wird, geändert wird. Auch der Eingriff für die weiter vorne schon erläuterte und in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellte überlagerte Regelung durch Rückführung von Laufruhesignalen oder λ-Signalen läßt sich durch Änderung der Frequenz f₂ durchführen. Die zur Bildung eines Gesamt-Regelsystems verwendeten Regelschaltungen können so ausgelegt werden, daß sie normalerweise ein "0-L"-Signal liefern, je nach dem, ob der Sollwert über- oder unterschritten ist. Mit diesem Signal läßt sich in Richtung auf eine Erhöhung der Frequenz f₂ oder eine Erniedrigung der Frequenz f₂ arbeiten, so daß man hier die Dauer der Einspritzimpulse direkt beeinflussen kann. Beispielsweise ist es möglich, mit dem von den Regelschaltungen gelieferten "0-L"-Signal einen Integrator anzusteuern, der dann die Frequenz f₂ in entsprechender Weise erzeugt.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge bei einer Brennkraftmaschine, wobei den Brennräumen der Zylinder über Einspritzventile in Abhängigkeit zur Drosselklappenstellung, Maschinen-Drehzahl und weiteren Betriebsparametern der einzuspritzende Kraftstoff zugeführt wird und eine das charakteristische Drosselklappenstellungs/Drehzahl-Kennfeld der Einspritzdauer in digitaler Codierung enthaltende Rechenschaltung vorgesehen ist, der die momentanen Drosselklappenstellungswerte, Drehzahlwerte und weitere Betriebsparameterwerte in ebenfalls digitaler Codierung derart zugeführt werden, daß die einen Lesespeicher mit einer vorgegebenen Anzahl von Speicherpunkten enthaltende Rechenschaltung zunächst durch Auswertung des Kennfeldes die einzuspritzende Kraftstoffmenge grob vorbestimmt und anschließend die grob vorbestimmte einzuspritzende Kraftstoffmenge durch multiplikative Verknüpfung mit den weiteren Betriebsparametern korrigiert, und wobei zur Interpolation die jeweils wichtigeren Bits jedes dem Momentanwert der Drosselklappenstellung und der Drehzahl entsprechenden digitalen Wortes dem Lesespeicher (22) unmittelbar zur Festlegung des Interpolationsintervalls zugeführt werden und die jeweils weniger wichtigen Bits durch Mittelwertbildung interpoliert werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem zur Mittelwertbildung mit vorgegebener Häufigkeit für eine Einstellung abgefragten Lesespeicher (22) ein Schieberegister (32) nachgeschaltet ist, welches zur Addition der abgefragten Speicherwerte seinen Inhalt seriell mit der genannten Häufigkeit auf einen nachgeschalteten Akkumulator (33) überträgt, wozu die Ausgänge des Schieberegisters (32) und des Akkumulators (33) mit einem 1-bit-Volladdierer (34) verbunden sind, dessen Ausgang mit dem Eingang des Akkumulators (33) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 1-bit-Volladdierer einen Zwischenspeicher (58) für die Übertragungsbildung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach vorgenommener Mittelwertsbildung das im Akkumulator (33) anstehende, bevorzugt 12-bit aufweisende Wort einem als Rückwärtszähler (38) ausgebildeten Schieberegister unter Weglassung der letzten 4 weniger wichtigen bits (Division durch 16) zuführbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwärtszähler (38) so geschaltet ist, daß durch Zuführung einer konstanten Frequenz (f₂) sein Inhalt innerhalb eines durch die Größe des gespeicherten Wortes bestimmten Zeitraums auszählbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Schieberegisters über einen Inverter (39) mit einem Halbaddierer (41) verbunden ist, dem eine zusätzliche, frei wählbare Frequenz (f₂) zuführbar ist und daß der Ausgang des Halbaddierers über einen Inverter (42) mit dem Eingang des Rückwärtszählers (38) verbunden ist, derart, daß der Inhalt des Rückwärtszählers auf 0 auszählbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rückwärtszähler (38) ein Gatter (43) zur 0-Erkennung zugeordnet ist, welches beim Zählerinhalt 0 ein Ausgangssignal abgibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auszählbeginn des Rückwärtszählers (38) von einem Kurbelwellengeber bestimmbar ist, der zu diesem Zeitpunkt einer Kippschaltung (44) ein Setzsignal zuführt, wobei die Kippschaltung (44) vom Ausgangssignal des Gatters (43) rücksetzbar ist, derart, daß der durch die Kippschaltung (44) bestimmte Zeitablauf ein Maß für die Einspritzdauer (t _i ) ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein über eine Marke (17) an der Kurbelwelle die Kurbelwellenumdrehungsdauer abtastender Geber (16) vorgesehen ist, dessen abgetastetes Periodendauersignal einem Rückwärtszähler (50) zuführbar ist, dem von einer Frequenz-Synthese-Schaltung (52) ein Zählsignal veränderbarer Frequenz zuführbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Systemtakt beaufschlagter Teilerzähler (54) vorgesehen ist, der eine Vielzahl nicht koinzidenter Teilfrequenzen erzeugt und der Frequenz-Synthese-Schaltung (52) zuführt, die von einem den Rückwärtszähler (50) abtastenden Intervalldekoder (51) derart gesteuert ist, daß die Zählfrequenz einen der Periodendauer angepaßten hyperbolischen Verlauf aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Rückwärtszähler (38) der Umwandlungsschaltung (26) der Rechenschaltung-Ausgangsgröße zugeführte Frequenz (f₂) in Abhängigkeit zu sonstigen Regelsignalen bzw. zu Betriebszuständen wie Kaltstart und Warmlauf veränderbar ist, derart, daß sich ein multiplikativer Eingriff in die Einspritzzeitdauer (t _i ) ergibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Brennkraftmaschinenlaufruhe oder der Luftzahl ( λ ) abgeleiteten Regelsignale der Rechenschaltung (1) durch Änderung der Frequenz (f₂) der Umwandlungsschaltung (26 zuführbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die der Umwandlungsschaltung (26) zugeführte Frequenz (f₂) von einer Schaltungsanordnung erzeugt ist, der die rückgeführten Regelsignale zugeführt sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Lesespeicher (22) vorgeschaltete Adressenauswahlschaltung (25) aus je 4 Eingänge aufweisenden UND-Gattern (31) besteht, denen jeweils die 3 wichtigen bits (MSB) der der Drosselklappenstellung und der Periodendauer entsprechenden 5-bit-Worte sowie das Ausgangssignal (z) des Vergleichers (35, 36) zuführbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ergänzend zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge der Zündzeitpunkt (t _z ) und die Abgasrückführrate (AR) bestimmt werden.