DE2817594A1

DE2817594A1 - Regelvorrichtung fuer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2817594A1
Application number: DE19782817594
Authority: DE
Inventors: Yutaka Nishimura; Yoshishige Oyama; Teruo Yamauchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-04-22
Filing date: 1978-04-21
Publication date: 1979-03-15
Also published as: JPS629742B2; USRE31906E; DE2817594C2; JPS53131326A; US4205377A

Description

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HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Regelvorrichtung für Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, und insbesondere eine Regelvorrichtung, bei der die Signale, die die in die Brennkraftmaschine gespeiste Luftmenge, die Temperatur der Brennkraftmaschine, die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die Last der Brennkraftmaschine und die Zusammensetzung der Abgase aus der Brennkraftmaschine angeben, in einem Mikroprozessor verarbeitet werden, um verschiedene Regelsignale zu erhalten, so daß diese Regelsignale zur Regelung der Regelgrößen der Brennkraftmaschine verwendbar sind, insbesondere zur Regelung der in die Brennkraftmaschine gespeisten Kraftstoffmenge.

Es gibt bereits eine Regelung für Brennkraftmaschinen (vgl. US-PS 3 969 61*1), bei der ein Digital-Rechner zur Regelung der Regelgrößen der Brennkraftmaschine einschließlich der in die Brennkraftmaschine gespeisten Kraftstoffmenge, der Zündzeit und der durch die Brennkraftmaschine umgewälzten Menge an Abgasen aufgrund der Ergebnisse der

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-I₁-

Erfassung der in die Brennkraftmaschine gespeisten Ansaugluftmenge, der Temperatur der Brennkraftmaschine, der Drehzahl der Brennkraftmaschine, der Last der Brennkraftmaschine und der Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine verwendet wird.

Im stationären Betriebszustand eines durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs ist die in die Brennkraftmaschine gespeiste Ansaugluftmenge der bedeutendste Faktor zum Regeln der in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gespeisten Kraftstoffmenge. Der Durchsatz der Ansaugluft wird durch einen Luftdurchsatz-Messer oberhalb der Drosselklappe erfaßt, und vom Luftdurchsatz-Messer wird ein den Ist-Durchsatz an Ansaugluft darstellendes Ausgangssignal abgegeben.

In einem Kraftstoffversorgungssystem, bei dem der Kraftstoff synchron zur Maschinen-Kurbelwellen-Stellung in die Brennkraftmaschine gespeist wird, ist allgemein die Offenzeit des Kraftstoffventils geregelt _s um die in die Brennkraftmaschine gespeiste Kraftstoffmenge zu regeln. In diesem Fall ist die Offenzeit des Kraftstoffventils so geregelt, daß sie ca. im Bereich von 2,5 ms bis 9 ms liegt. Wenn ein Digitalsignal als dieses Regelsignal zum Regeln der Offenzeit des Kraftstoffventilsverwendet wird_s genügt ein binärcodiertes Dezimalsignal von 12 Bits (= H · 3), um eine Regelgenauigkeit innerhalb 1 % zu gewährleisten. Es sei angenommen, daß die kleinste Offenzeit von 2,5 ms des Kraftstoffventils einer binärcodierten Dezimalzahl 100 entspricht. Dann ist die größte Offenzeit 9 ms des Kraftstoffventils kleiner als die binärcodierte Dezimalzahl 400_s und die Anzahl der Bits des binärcodierten Dezimalsignals beträgt 11 Bits (=3 + ⁱi ⁺ ^).Es sei weiter angenommen_s daß das Digitalsignal ein binärcodiertes

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Signal ist, und daß 256 (= 2 ) der größten Offenzeit 9 ms des Kraftstoffventils entspricht. Dann entspricht die kleinste Offenzeit 2,5 ms des Kraftstoffventils ca. 50, und ein Digitalsignal von 8 Bits reicht aus, um eine Genauigkeit der Regelung innerhalb - 1 % (= - 0,5/50) zu gewährleisten. Daher kann ein Digitalregelsignal mit einer begrenzten Anzahl von Bits (vgl. oben) ausreichend zur gewünschten Regelung der in die Brennkraftmaschine gespeisten Kraftstoffmenge verwendet werden.

Da jedoch das Ausgangssignal des Luftdurchsatz-Messers einen Pegel hat, der im wesentlichen ca. proportional dem Ist-Durchsatz der Ansaugluft ist, hat das Ausgangssignal des Luftdurchsatz-Messers einen niederen Pegel, wenn der Durchsatz der Ansaugluft klein ist. Wenn so das Ausgangssignal eines derartig niederen Pegels in ein Digitalsignal einer begrenzten Anzahl von Bits für Digital-Verarbeitung umgesetzt wird, kann in diesem Bereich eine Änderung im Durchsatz der Ansaugluft nicht mit großer Genauigkeit dargestellt werden. D. h., die Auflösung des Durchsatzes der Ansaugluft ist im Bereich geringen Durchsatzes verschlechtert, wenn ein derartiger Durchsatz durch das Digitalsignal mit begrenzter Anzahl von Bits dargestellt wird. Dies wird weiter unten näher erläutert. Im allgemeinen ist der Meßbereich des Luftdurchsatz-Messers, der den Durchsatz der Ansaugluft mißt, zwischen 0,1 m /min bis ca.. 5 nr/min, was ca. der 50-fache Wert von 0,1 m /min ist. Es sei nun angenommen, daß der Durchsatz der Ansaugluft durch ein binärcodiertes Signal von 10 Bits und der höchste Durchsatz der Ansaugluft mit 5 nr/min durch 2 = 1024 dargestellt wird; dann ist der Mindestdurchsatz der Ansaugluft, der ca. 0,1 m^/min beträgt, durch 1024/50 «20« 2 = 16 dargestellt. Daher wird eine hohe Auflösung von ca.

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1/1000 · 100 = 0,1 % in einem Bereich erzielt, in dem der Durchsatz der Ansaugluft groß oder nahe bei seinem Höchstwert ist, und eine Änderung im Durchsatz der Ansaugluft kann mit hoher Genauigkeit in einem derartigen Bereich angezeigt werden. Jedoch beträgt die Auflösung lediglich ca. 1/20 · 100 = 5 % in einem Bereich, in dem der Durchsatz der Ansaugluft klein oder nahe bei seinem Mindestwert ist, und eine Änderung im Durchsatz der Ansaugluft innerhalb 5 % kann in einem derartigen Bereich nicht angezeigt werden.

Daher enthält das Regelsignal in einer Brennkraftmaschinen-Regelvorrichtung, bei der das Ausgangssignal eines Luftdurchsatz-Messers in ein Digitalsignal begrenzter Anzahl von Bits umgesetzt und dann einer Digital-Verarbeitung durch einen Mikroprozessor unterworfen wird, um ein Regelsignal zum Regeln der in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gespeisten Kraftstoffmenge zu erhalten, eine unzureichende Informationsmenge₃ wenn der Durchsatz der Ansaugluft klein ist, und die Genauigkeit der Regelung der in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gespeisten Kraftstoffmenge ist in dem Bereich verringert, in dem der Durchsatz der Ansaugluft klein oder nahe bei seinem Mindestwert ist. Die Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bzw. -Gemisches auf dessen geeignetem Wert im Bereich kleinen Durchsatzes der Ansaugluft, d. h. während des Antriebs eines Fahrzeugs mit kleiner Drehzahl, ist insbesondere von Bedeutung, um Umweltverschmutzungen durch die Schadstoffe im Brennkraftmaschinen-Abgas zu vermeiden, und eine derartige Verringerung in der Genauigkeit der Regelung der in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gespeisten Kraftstoffmenge muß soweit als möglich vermieden werden. Die Anzahl der Bits des Digitalsignales, das den Durchsatz der durch den Ansaugluft-Messer erfaßten Ansaugluft darstellt, muß erhöht werden, um die unerwünschte Verringerung in der Genauigkeit der Regelung

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im Bereich kleinen Ansaugluft-Durchsatzes zu verhindern. Zu diesem Zweck muß der Mikroprozessor eine Parallel-Verarbeitungskapazität mit einer erhöhten Anzahl von Bits haben, oder die Rechenzeit im Mikroprozessor muß gedehnt werden, wenn die Parallel-Verarbeitungskapazität des Mikroprozessors nicht erhöht ist. Die erste Möglichkeit ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nachteilhaft, und die zweite Möglichkeit ist wegen des Regel-Ansprechens und damit der Genauigkeit der Regelung wenig günstig.

Bisher wurde auf das Problem der oben erläuterten Verringerung der Genauigkeit der Regelung der Brennkraftmaschinen im Bereich geringen Ansaugluft-Durchsatzes und insbesondere auf das Problem der unerwünschten Verringerung der Genauigkeit der Regelung der in die Brennkammer der Brennkraftmaschine in einem derartigen Bereich gespeisten Kraftstoffmenge nicht eingegangen und somit auch keine konkrete Lösung für dieses Problem gegeben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Regelvorrichtung mit einem Mikroprozessor zum Regeln einer Brennkraftmaschine anzugeben, um insbesondere die in die Brennkammer der Brennkraftmaschine aufgrund eines Hauptregelfaktors, nämlich des Ansaugluft-Durchsatzes, zu regeln, wobei diese Regelvorrichtung weder eine Parallel-Verarbeitungskapazität des Mikroprozessors noch eine unnötig ausgedehnte Rechenzeit benötigen soll.

Bei der Erfindung erzeugt der Luftdurchsatz-Messer ein Ausgangssignal mit einer derartigen nichtlinearen Kennlinie bezüglich des Durchsatzes der Ansaugluft, daß der Signalpegel im Bereich kleinen Ansaugluft-Durchsatzes anwächst, und aufgrund eines derartigen Ausgangssignales führt der Mikropro-

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zessor eine notwendige Digital-Verarbeitung durch, um ein Regelsignal zu erzeugen, das für die Regelung der Brennkraftmaschine und insbesondere für die Regelung der Menge des in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gespeisten Kraftstoffes verwendet wird.

Die Erfindung sieht also eine Regelvorrichtung einschließlich eines Mikroprozessors zum Regeln der Regelgrößen einer Brennkraftmaschine vor, nämlich insbesondere zum Regeln des Kraftstoff-Durchsatzes. Ein Luftdurchsatz-Messer erzeugt ein Ausgangssignal mit einer solchen nichtlinearen Kennlinie bezüglich des Ansaugluft-Durchsatzes, daß der Signalpegel im Bereich kleinen Ansaugluft-Durchsatzes anwächst. Der Mikroprozessor führt die notwendige Digital-Berechnung aufgrund des Ausgangssignales des Ansaugluft-Messers durch, um ein Kraftstoff-Durchsatz-Regelsignal zu erzeugen. Dieses Digital-Regelsignal wird in ein Signal mit linearer Kennlinie proportional zum Ansaugluft-Durchsatz oder nach Abgabe vom Mikroprozessor in ein Signal einschließlich einer Information proportional dem Ansaugluft-Durchsatz umgewandelt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen-Regelvorrichtung,

Fig. 2 den Verlauf verschiedener Ausgangssignale des Durchsatzluft-Messers in Fig. 1 bezüglich des Ansaugluft-Durchsatzes,

eA ft A ij * i f\ * * Λ

Pig. 3 den Verlauf des idealen Ausgangssignales des Durchsatzluft-Messers bezüglich des Ansaugluft-Durchsatzes,

Fig. 4 schematisch den Aufbau eines Beispiels des vorzugsweise bei der Erfindung verwendeten Durchsatzluft-Messers j

Fig. 5 den Verlauf des Ausgangssignales des in Fig. 4 dargestellten Durchsatzluft-Messers,

Fig. 6 schematisch den Aufbau eines anderen Beispiels des vorzugsweise bei der Erfindung verwendeten Durchsatzluft-Messers,

Fig. 7 schematisch den Aufbau eines weiteren Beispiels des bei der Erfindung vorzugsweise verwendeten Durchsatzluft-Messers,

Fig. 8 den Verlauf des Ausgangssignales des in Fig. 7 gezeigten Durchsatzluft-Messers,

Fig. 9 schematisch den Aufbau eines weiteren Beispiels des vorzugsweise bei der Erfindung verwendeten Durchsatzluft-Messers,

Fig. 10 die Abgabe eines idealen Ausgangssignales durch den in Fig. 9 gezeigten Durchsatzluft-Messer,

Fig. 11 den Aufbau eines Beispiels eines Kraftstoff-Durchsatz-Stellgliedes kontinuierlicher Dosierung, das vorzugsweise bei der Erfindung

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verwendet wird,

Fig. 12 und 13 Beispiele für eine Einspeisung einer genauen Kraftstoffmenge durch das in Fig. 11 gezeigte Kraftstoff-Durchsatz-Stellglied,

Fig. l'i ein Beispiel des Kraftstoff-Durchsatz-Stellgliedes mit absatzweiser Dosierung, das vorzugsweise bei der Erfindung verwendet wird,

Fig. 15 ein schematisches Blockschaltbild eines anderen Beispiels des Kraftstoff-Durchsatz-Stellgliedes absatzweiser Dosierung, das vorzugsweise bei der Erfindung verwendet xvird,

Fig. l6 den Betrieb des in Fig. 15 gezeigten Stellgliedes,

Fig. 17 ein schematisches Blockschaltbild eines Teiles eines weiteren Beispieles des Kraftstoff-Durchsatz-Stellgliedes intermittierender Dosierung, das vorzugsweise bei der Erfindung verwendet wird,

Fig. 13 ein Blockschaltbild einer Schnelleerlaufeinrichtung, und

Fig. 19 eine Kurve zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Ansaugluft-Menge und der der Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge.

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Die Erfindung wird im folgenden in Einzelheiten anhand der Zeichnung näher erläutert. In Fig. 1 liegt ein Durchsatzluft-Messer 100 stromauf einer Drosselklappe 104 in einer Ansaugleitung 102 der Brennkraftmaschine 105· Der Durchsatzluft-Messer 100 erzeugt ein Ausgangssignal, das den Durchsatz der in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine 105 gespeisten Luft abhängig von der Öffnung der Drosselklappe 104 darstellt. Dieses Ausgangssignal des Durchsatzluft-Messers 100 ist der bedeutendste Paktor für die Regelung der in die Brennkammer der Brennkraftmaschine 105 zu speisenden Kraftstoffmenge. Die Menge des eingespeisten Kraftstoffes sollte abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 105 geändert iverden, und für diesen Zweck sind folgende Mittel vorgesehen: Ein Drosselklappen-Stellungsfühler 106, der den Öffnungsgrad der Drosselklappe 104 erfaßt, ein Ansaugluft-Druckfühler 108, der den Luftdruck in der Ansaugleitung erfaßt, ein Kurbelwinkelfühler 110, der die Winkelstellung der Drehung der Brennkraftmaschinen-Kurbelwelle erfaßt, ein Temperaturfühler 112, der die Temperatur des Brennkraftmaschinen-Zylinderkopfes und/oder die Temperatur des Brennkraftmaschinen-Kurbelgehäuses erfaßt, und ein Sauerstoffühler 116, der die Abgaszusammensetzung in einer Abgasleitung 114 erfaßt, nämlich insbesondere die im Brennkraftmaschinen-Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration. Ein Kraftstoff-Durchsatz-Stellglied 120 ist vorgesehen, um den Durchsatz des in die Ansaugleitung von einem Kraftstoff-Injektionsglied 118 injizierten oder eingespeisten Kraftstoffes einzustellen. Ein Fühler 122 zum Erfassen des Betriebs des Kraftstoff-Durchsatz-Stellgliedes 120 korrigiert die Menge des vom Kraftstoff-Injektionsglied 118 injizierten Kraftstoffes, wenn das Stellglied 120 ungenau arbeitet. Die Ausgangssignale des Luftdurchsatz-Messers 100 und der Fühler 106, 108, 110,

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112, 116 und 122 werden über einen Multiplexer 124 und einen Analog-Digital-Umsetzer 126 in einen Mikroprozessor 128 gespeist. Abhängig von der Einspeisung dieser Digital-Eingangssignale führt der Mikroprozessor 128 eine notwendige Digital-Verarbeitung dieser Eingangssignale mittels verschiedener Konstanten und Funktionen durch, die zuvor in einem zugeordneten Speicher 130 aufgezeichnet wurden, und gibt über eine Ausgabeeinheit 132 verschiedene Regelsignale ab, die zur Regelung des Betriebs der Brennkraftmaschine benötigt werden, wie z. B. für die Regelung der eingespeisten Kraftstoffmenge, für die Regelung der Zündzeit und für die Regelung der Abgas-Umwälzung. Ein Taktgeber 134 ist so vorgesehen, daß derartige Regelsignale an die verschiedenen Stellglieder während der gewünschten Zeitdauer abgegeben werden können.

In Fig. 1 sind der Multiplexer 124 und der Analog-Digital-Umsetzer 126 in einem System dargestellt, da angenommen wird, daß der Luftdurchsatz-Messer 100 und die verschiedenen Fühler 106, 108, HO₅ 112, 116 und 122 Analog-Ausgangssignale erzeugen. Wenn jedoch der Luftdurchsatz-Messer und die Fühler so ausgelegt sind, daß sie Digital-Ausgangssignale erzeugen, dann können der Multiplexer 124 und der Analog-Digital-Umsetzer 126 durch eine Eingabeeinheit ersetzt xtferden, die im allgemeinen für einen Digital-Rechner verwendet wird. Das Kraftstoff-Injektionsglied 118 speist Kraftstoff in einem Punkt stromab der Drosselklappe 104 in die Ansaugleitung 102, da es für eine sogenannte kontinuierliche Dosierung vorgesehen ist, die zum Einspeisen von Kraftstoff unabhängig von der Drehphase der Brennkraftmaschine geeignet ist. Bei der sogenannten absatzweisen Dosierung zur Einspeisung von Kraftstoff synchron zur Drehphase der Brennkraftmaschine ist jedoch das Kraftstoff-Injektionsglied 118 anders angeordnet oder auf dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine vorgesehen, Selbstver-

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ständlich können auch zahlreiche andere Fühler als die in Fig. 1 gezeigten Fühler gegebenenfalls vorgesehen v/erden. Der Multiplexer 124, der Analog-Digital-Umsetzer 126, der Mikroprozessor 128, der Speicher 130 und die Ausgabeeinheit 132 können auf einem einzigen Substrat oder einer Schaltungsplatte vorgesehen sein.

Fig. 2 zeigt den Pegel des Ausgangssignales X des Luftdurchsatz-Messers 100 bezüglich des Durchsatzes Q der Ansaugluft. Das vom Luftdurchsatz-Messer bei der herkömmlichen Vorrichtung abgegebene Ausgangssignal X hat den durch die Kurve A oder B in Fig. 2 dargestellten Verlauf; daraus ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal X einen Pegel ungefähr linear proportional dem gemessenen Durchsatz Q der Ansaugluft aufweist, und die Auflösung für den Durchsatz Q der Ansaugluft ist im Bereich geringen Durchsatzes der Ansaugluft verringert, wenn dieses Signal X in ein Digitalsignal begrenzter Anzahl von Bits umgesetzt wird, um einer Digital-Verarbeitung im Mikroprozessor 128 unterworfen zu werden. Dieses Problem kann gelöst werden, wenn der Pegel des Signales X bezüglich des Durchsatzes Q der Ansaugluft im Bereich des kleinen Durchsatzes der Ansaugluft erhöht wird, wie dies durch die Kurven C, D oder E in Fig. 2 gezeigt ist. Im Fall der Kurve E hat das Signal X einen niederen Pegel im Bereich des großen Durchsatzes der Ansaugluft, und die Auflösung für den dosierten oder gemessenen Durchsatz der Ansaugluft ist in einem derartigen Bereich verringert, was zu einer entsprechenden Verringerung der Genauigkeit der Regelung der Kraftstoffmenge führt, die in die Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespeist ist. In dem Bereich jedoch, in dem der Durchsatz der Ansaugluft groß ist, d. h., wenn das Fahrzeug mit hohen Drehzahlen fährt, braucht das Kraftstoff-Luft-Gemisch bzw. -Verhältnis nicht so genau bestimmt zu werden, da das Brennkraftmaschinen-Abgas kei-

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ne Schadstoffe in so großem Ausmaß enthält, das für die Umweltverschmutzung problematisch wäre.

Es sei angenommen, daß die Beziehung zwischen dem Durchsatz Q der Ansaugluft und dem Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers 100 gegeben ist durch:

X = f (Q) (D.

Eine Differentiation der Gleichung (1) ergibt:

ΔΧ = -^- ' AQ (2).

SQ

Wenn Δ Q/Q und Δ X konstantgesetzt werden, dann ergibt sich:

KJ),

3 Q Q
mit K = eine Konstante.

X wird ausgedrückt durch:

X = f = K₁ log Q + K₂ (4),

mit K₁, K„ = Konstante.

Daraus folgt, daß, wenn das durch die Gleichung (4) dargestellte Signal X für den Durchsatz Q der Ansaugluft erhalten wird, Δ X konstant ist, wenn ΔQ/Q konstant ist,

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d. h., der Pegel des Signales X ändert sich immer in konstanter Weise, wenn sich der Durchsatz Q der Ansaugluft in konstanter Weise ändert. Dies zeigt, daß die gleiche Auflösung über dem gesamten Bereich des Durchsatzes Q der Ansaugluft erhalten wird, die in ein Digitalsignal umgesetzt wird. Die Beziehung zwischen dem Durchsatz Q der Ansaugluft und dem Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers 100 nach Gleichung (4) entspricht der Kurve C in Fig. 2 und ist durch die Kurve F in Fig. 3 dargestellt. Wenn 1 m Luft eine Masse von 1,5 kg hat, dann wird der oben erläuterte Durchsatz von 0,1 bis 5 m /min in ca. 9 bis 450 kg/h umgesetzt. Mit K. = 1 und Kp = 0 in Gleichung (4) liegt der Wert des Signales X zwischen 2,2 (= log 9) und 8,3 (= log 450). Auf diese Weise kann das Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers 100 in ein Digitalsignal von einer geringen Anzahl von Bits umgesetzt werden, da der Höchstwert 8,3 lediglich ca. viermal so groß wie der Mindestwert 2,2 ist. Die die Beziehung·zwischen dem Durchsatz Q an Ansaugluft und dem Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers 100 darstellende Gleichung (4) liefert eine ideale Beziehung. Bei der Erfindung ist die Beziehung zwischen dem Durchsatz Q an Ansaugluft und dem Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers 100 nicht entsprechend der Darstellung durch die Gleichung (4) begrenzt und kann durch die Kurve D oder E in Fig. 2 wiedergegeben werden.

Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau eines Beispiels des vorzugsweise bei der Erfindung verwendeten Luftdurchsatz-Messers 100. Der Luftdurchsatz-Messer in Fig. 4 ist ein thermischer Luftdurchsatz-Messer mit einem Heizer 10 einschließlich festen Widerständen 11 und 12. Dieser Heizer 10 bildet eine Widerstandsbrücke zusammen mit festen Widerständen 13, l4 und einem Stellwiderstand -15. Eine Änderung im Durchsatz der Ansaugluft führt /zu einer entsprechenden

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Änderung in der Temperatur des Heizers 10, und eine Spannung entsprechend der Änderung in der Heizertemperatur tritt an den Brückenanschlüssen 16 und 17 auf. Diese Spannung wird zur Integration an einen Operationsverstärker 18 abgegeben, und das vom Operationsverstärker 18 erzeugte Stellsignal wird in ein Strom-Stellglied 19 gespeist. Abhängig von der Einspeisung des Stellsignales in das Strom-Stellglied 19 bewirkt es eine Steigerung des zum Heizer 10 gespeisten Stromwertes, um den Temperaturabfall im Heizer 10 zu kompensieren, während es den in den Heizer 10 gespeisten Stromwert verringert, um den Temperaturanstieg im Heizer 10 zu kompensieren, so daß die Brücke immer abgeglichen werden kann. Diese Änderung im Stromwert wird als Änderung in der Spannung an einem Widerstand 20 erhalten, und das so für den dosierten oder gemessenen Durchsatz Q der Ansaugluft erzeugte Ausgangssignal X wird in den Mikroprozessor 128 gespeist.

Für den Abgleich zwischen der Menge der durch den Heizer 10 erzeugten Wärme und dem Kühlungsgrad des Heizers 10 abhängig vom Durchsatz Q der Ansaugluft gilt die folgende Gleichung:

RI² = (A + B \/Q) (T - T) (5),

* W EL

mit I = Stromwert des in den Heizer 10 gespeisten Stromes, um die Temperatur des Heizers 10 konstant zu halten,

R = Widerstandsxvert des Widerstandes 11 im Heizer 10, A, B = durch Wärmeleitungstheorie bestimmte Konstanten, T = Temperatur des Heizers 10, und T = Ansaugluft-Temperatur.

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Aus Gleichung (5) folgt, daß der Strom I und damit das Ausgangssignal X des Durchsatz-Messers eine Punktion der vierten Wurzel des Durchsatzes Q der Ansaugluft und der in Fig, 3 gezeigten Kurve F angenähert ist. In Fig. 5 ist diese Kurve F durch eine Strichpunktlinie dargestellt, und die durch eine Vollinie gezeigte Kurve G entspricht der durch die Gleichung (5) gegebenen Beziehung.

Es gibt auch eine andere Möglichkeit, um eine der Kurve F angenäherte Kurve zu erhalten. Bei dieser Möglichkeit wird die Brücke abgeglichen, wenn der Durchsatz Q der Ansaugluft den Wert Null hat, und mit steigendem Durchsatz Q an Ansaugluft nimmt der in den Heizer 10 gespeiste Strom I in einer Beziehung entsprechend der Spannung an den Brückenanschlüssen 16 und 17 zu. Diese Spannung ist proportional zur Quadratwurzel des Durchsatzes Q der Ansaugluft. Wenn so diese Spannung an einem Quadratwurzelglied 21 nach Integration im Operationsverstärker 18 liegt und das Ausgangssignal des Quadratwurzelgliedes 21 als das Signal X erhalten wird, dann ist dieses Signal X eine Funktion der vierten Wurzel des Durchsatzes Q der Ansaugluft und kann durch die Kurve F angenähert werden. Die Strichlinie H in Fig. 5 stellt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers IR in diesem Fall dar.

Der Luftdurchsatz-Messer in Fig. 4 hat weiterhin einen Fühler 22, der den Wert des Signales X erfaßt und sein Ausgangssignal abgibt, wenn ein vorbestimmter Wert erfaßt wird, und ein Stellglied 23 einschließlich eines Bauteiles, wie z. B. eines Servomotors, das den Widerstandswert des Stellwiderstandes 15 abhängig von der Einspeisung des Ausgangssignales des Fühlers 22 so einstellt, daß die Kurve G weiter der Kurve F in dem Bereich angenähert werden kann, in dem der Durchsatz Q an Ansaugluft klein ist. Das Stellglied 23 stellt

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den Widerstandswert des Stellwiderstandes 15 so ein, daß die Heizertemperatur T in dem Bereich zunimmt, in dem der Durchsatz Q an Ansaugluft klein ist. Weiterhin sind Temperaturfühler 24 und 25 vorgesehen, die die Ansaugluft-Temperaturen an Punkten stromauf und stromab des Heizers 10 in der Ansaugleitung 102 erfassen; ein Schalter 26 dient zum Ändern des Widerstandswertes des Heizers 10.

Fig. 6 zeigt schematisch den Aufbau eines anderen Beispieles für den vorzugsweise bei der Erfindung verwendeten Luftdurchsatz-Messer 100. Der Luftdurchsatζ-Messer in Fig. 6 ist wie der Luftdurchsatz-Messer in Fig. 4 ein thermischer Luftdurchsatz-Messer. In Fig. β werden Widerstandsthermometer für die Ansaugluft-Temperaturfühler 24 und 25 verwendet, die zusammen mit festen Widerständen 27 und 28 eine Brücke bilden. Die an den Brückenanschlüssen 29 und 30 auftretende Brückenspannung wird an einen Operationsverstärker 31 abgegeben und integriert, um ein Stellsignal zu erzeugen, das in ein Strom-Stellglied 32 gespeist wird. Wenn das Strom-Stellglied 32 den zum Heizer 10 aus den Widerständen 11 und 12 gespeisten Strom steuert, um eine Null-Brückenspannung an den Brückenanschlüssen 29 und 30 zu erzeugen, dann gilt folgende Gleichung:

C_p · Q · ΔΤ = RI² (6),

mit C = spezifische Wärme bei konstantem Druck, und

Δ T = Differenz zwischen den durch die Temperaturfühler 24 und 25 erfaßten Ansaugluft-Temperaturen.

Die Temperaturdifferenz ΔΤ ist konstant, wenn die Brückenspannung an den Brückenanschlüssen 29 und 30 den

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Wert Null hat. Daher wird der Durchsatz Q der Ansaugluft

durch Messen der Leistungsaufnahme RI des Heizers 10 ermittelt. Ein Konstantspannungsglied 33 liegt zwischen dem Strom-Stellglied 32 und dem Heizer 10, um eine konstante Spannung an den Heizer 10 zu legen. Auf diese Weise ist der Heizerstrom I proportional dem Durchsatz Q der Ansaugluft. Damit führt die Erfassung des Heizerstromes I zum Signal X₅ das den Durchsatz Q der Ansaugluft darstellt, wie dies bei dem in Fig. H gezeigten Luftdurchsatz-Messer der Fall ist. In dem Bereich mit kleinem Ansaugluft-Durchsatz wird der Widerstand 11 im Heizer 10 allein verwendet, indem der Widerstand 12 durch Abschalten eines Schalters 26 getrennt wird. Andererseits ist im Bereich mit großem Ansaugluft-Durchsatz der Schalter 26 eingeschaltet, um den Widerstand 12 parallel mit dem Widerstand 11 zu verbinden, wodurch der Widerstandswert des Heizers 10 verringert wird. Auf diese Weise kann eine nichtlineare Kennlinie ähnlich zur Kurve D in Fig. 2 erzielt werden.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Luftdurchsatz-Messer ist die Brückenspannung proportional zur Temperaturdifferenz

ΛΤ und damit umgekehrt proportional zum Durchsatz Q der Ansaugluft, wenn der Heizerstrom I konstant gehalten wird. In einem derartigen Fall hat also das durch Integrieren der Brückenspannung im Operationsverstärker 31 erhaltene Signal X eine nichtlineare Kennlinie, wie diese durch die Kurve E in Fig. 2 gezeigt ist.

Fig. 7 zeigt schematisch den Aufbau eines anderen Beispiels des vorzugsweise bei der Erfindung verwendeten Luftdurchsatz-Messers 100. Der Luftdurchsatz-Messer in Fig. 7 ist ein Mehrstufen-Luftdurchsatz-Messer, und zwei Drosselklappen oder -ventile 3^ und 35 liegen in der Ansaugleitung

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102. Die Drosselklappe 3^ wird zunächst durch ein Gestänge 80 gedreht j und nachdem die Drosselklappe 3^ in eine gewählte Winkelstellung gedreht wurde, wird anschließend die Drosselklappe 35 durch das Gestänge 80 gedreht. Luftdurchsatz-Messer-Einheiten 36 und 37 liegen jeweils stromauf der Drosselklappe J)H bzw. 35 und können von herkömmlicher Art mit jeweils linearer Kennlinie sein, wie diese durch die Kurve B in Fig. 2 gezeigt ist. In dem Bereich, in dem der Ansaugluft-Durchsatz klein ist, itfird die Drosselklappe 3*t gedreht, während die Drosselklappe 35 an einer Drehung gehindert wird, so daß der Durchsatz Q der Ansaugluft durch die Ansaugluft-Messer-Einheit 36 bestimmt wird, und deren Ausgangssignal ist proportional zum Durchsatz Q der Ansaugluft. Anschließend wird die Drosselklappe 35 gedreht, und der Ansaugluftstrom wird in zwei Teile durch die Drosselklappen 3¹J und 35 geteilt, so daß das Ausgangssignal X der Luftdurchsatz-Messer-Einheit 36 auf einen Pegel verringert wird, der kleiner als der Pegel proportional zum Durchsatz Q der Ansaugluft ist. Fig. 8 zeigt die Kennlinie des in Fig. 7 dargestellten Luftdurchsatz-Messers, und die Drehung der Drosselklappe 35 beginnt in einem Punkt a. Die Kurve M in Fig. 8 stellt die Kennlinie der Luftdurchsatz-Messer-Einheit 36 dar, und die Kurve N entspricht der Kennlinie der Luftdurchsatz-Messer-Einheit 37. Durch geeignetes Bestimmen der Proportionalitätskonstanten der linearen Kennlinien der Luftdurchsatz-Messer-Einheiten 36 und 37 kann die Kurve M in Fig. 8 im wesentlichen der Kurve C in Fig. 2 angenähert v/erden.

Fig. 9 zeigt den Aufbau eines anderen Beispieles des vorzugsweise bei der Erfindung verendeten Luftdurchsatz-Messers 100. Der Luftdurchsatz-Messer in Fig. 9 ist ein Flächen-Luftdurchsatz-Messer. In Fig. 9 dreht sich ein Flü-

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2 Λ _
J-

gel 38 um einen Winkel θ entsprechend dem Durchsatz Q der Ansaugluft, um eine verengte öffnung 40 zwischen sich und einer Erhebung 39 festzulegen. Ein Zeiger 4l ist am Flügel 38 befestigt und führt mit der Drehung des Flügels 38 eine Schwingbewegung aus; damit ist die Bewegung oder Verschiebung des Zeigers 4l proportional zum Drehwinkel θ des Flügels 38. Ein Potentiometer 42 ist dem Zeiger 4l zugeordnet, um die Verschiebung des Zeigers 4l in eine entsprechende Spannung umzusetzen, so daß die Ausgangsspannung des Potentiometers 42 das Signal X erzeugt. Ein vakuumbetätigtes Servoglied 43 ist betriebsmäßig mit dem Flügel 38 verbunden, und die Einstellung des Servogliedes 43 wird durch ein Stellventil 44 eingestellt, um so die Empfindlichkeit des Luftdurchsatz-Messers festzulegen. Eine Umgehungsleitung 45 ist vorgesehen, um gegebenenfalls einen Teil der Ansaugluft abzuzweigen, und eine Stellschraube 46 dient zur Einstellung der Menge an Luft durch die Umgehungsleitung 45- Ein Dämpfungsglied 47 verhindert eine pulsierende Bewegung des Flügels 38 aufgrund einer Schwingung der in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine gespeisten Ansaugluft.

Fig. 10 erläutert, wie der Pegel des Ausgangssignales X des in Fig. 9 gezeigten Luftdurchsatz-Messers im Bereich kleinen Ansaugluft-Durchsatzes erhöht werden kann. Es sei angenommen, daß die Fläche A der verengten öffnung 40 aus-

OP Q

drückbar ist durch A = C_n · e (C. = Konstante). Dann ist der Winkel θ und damit das Ausgangssignal X eine Funktion des Logarithmus der Fläche A der verengten öffnung 40 und damit des Durchsatzes Q der Ansaugluft, und somit kann die anhand Fig. 2 beschriebene ideale Kennlinie C erhalten werden. Die Fläche A der verengten öffnung 40 kann ausgedrückt werden durch:

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^Aop ^{= A}va * ^H ί¹ " ^{cos θ} -

mit A = Fläche des Flügels 38,

V* 3.

H = Höhe des Vertikal-Abschnittes der Ansaugleitung 102 (die Länge des Flügels 38 zwischen seinem Drehpunkt und seinem freien Ende ist gleich der Höhe des Vertikal-Abschnittes der Ansaugleitung 102 und gegeben durch H)₃

χ = Horizontal-Abstand des Flügels 38 zwischen dem Drehpunkt und dem freien Ende entlang der Längsachse der Ansaugleitung 102, wenn der Drehwinkel des Flügels 38 auf θ eingestellt ist, und

h = Höhe der Erhebung 39 am Punkt der Entfernung x. Aus Gleichung (7) folgt für die Höhe h der Erhebung

A C *e® h = 1 - cos θ - —£2_ = l - cos θ (8) ,

^Ava'^{H A}va'^H

da für A angenommen wird A = C. * e , wie dies oben erläutert wurde. Wegen χ = H sin θ kann die Höhe h der Er hebung 39 als Funktion von χ wie folgt ausgedrückt werden:

h = 1 -

C_n - e^Q

A_va· H V H

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Wenn die Form der Erhebung 39 so bestimmt wird, daß die durch Gleichung (9) gegebene Beziehung erfüllt ist, dann

θ kann der oben erläuterte Zusammenhang A = C. · e erreicht

Op Ά

werden, und damit kann die ideale Beziehung zwischen dem Durchsatz Q der Ansaugluft und dem Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers erhalten werden.

In der oben erläuterten Weise kann der Pegel des den Durchsatz Q der Ansaugluft darstellenden Signales X im Bereich geringen Ansaugluft-Durchsatzes ohne Steigerung des Signalpegels im Bereich großen Ansaugluft-Durchsatzes erhöht werden. Eine derartige Kennlinie des Signales X bezüglich des Ansaugluft-Durchsatzes Q wird im folgenden als nichtlineare Kennlinie bezeichnet. Die nichtlineare Kennlinie ist hier auf die obige Bedeutung beschränkt und umfaßt nicht die Niehtlinearität, wie diese z. B. in der Kurve B in Fig. 2 gezeigt ist. Aus den obigen Erläuterungen zur idealen nichtlinearen Kennlinie folgt, daß die Auflösung für den Durchsatz Q der Ansaugluft im Bereich kleinen Ansaugluft-Durchsatzes ohne Steigerung der Kapazität an paralleler Verarbeitung der Informationsbits durch den Mikroprozessor gesteigert werden kann, wenn das Signal X mit einer derartigen sogenannten nichtlinearen Kennlinie durch den Luftdurchsatz-Messer erzeugt und in ein Digitalsignal umgesetzt wird, um im Mikroprozessor einer Digital-Verarbeitung unterworfen zu werden. Die Information des Ansaugluft-Durchsatzes Q, die als Ergebnis der Berechnung des Signales X mit nichtlinearer Kennlinie im Mikroprozessor erhalten wird, entspricht natürlich nicht genau dem praktischen Ansaugluft-Durchsatz Q. Damit kann das genaue oder richtige Kraftstoff-Luft-Gemisch oder -Verhältnis nicht erhalten werden, wenn die Menge des in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gespeisten Kraftstoffes direkt aufgrund einer derartigen Information geregelt

SO9S11/OS2O

ist. Daher muß notwendig die Ansaugluft-Durchsatz-Information für eine genaue Regelung der Menge des eingespeisten Kraftstoffes geregelt werden, damit das besondere Informationsausgangssignal des Mikroprozessors genau dem Ist-Durchsatz Q der Ansaugluft entsprechen kann.

Fig. 11 zeigt schematisch den Aufbau eines Beispiels des Kraftstoff-Durchsatz-Stellgliedes 120 für kontinuierliche Dosierung, das bevorzugt bei der Erfindung verwendet wird. In Fig. 11 arbeitet ein Motor ^i8 entsprechend einem vom Mikroprozessor 128 eingespeisten Luftdurchsatz-Informationssignal, um eine Kurvenscheibe kS anzutreiben. Die Drehung der Kurvenscheibe ¹19 bewirkt eine entsprechende Gleitbewegung eines Dosierkolbens 50 in einem Zylinder 51, wodurch die Offenfläche eines Dosierschlitzes 52 in der Seitenwand des Zylinders 51 geändert wird. Kraftstoff wird in den Zylinder 51 über eine Kraftstoff-Speiseöffnung 53 zugeführt. Ein Differenzdruck-Regelventil 5k hält die Kraftstoff-Druckdifferenz am Dosierschlitz 52 fest j so daß der Durchsatz des Kraftstoffes durch den Dosierschlitz 52 proportional zur Offenfläche des Dosierschlitzes 52 ist. Der Kraftstoff in einer Menge proportional zur Offenfläche des Dosierschlitzes 52 wird durch das Differenzdruck-Regelventil 5k zum Kraftstoff-Injektionsglied 118 und dann in die Ansaugleitung 10 2 gespeist. Der Motor 48 kann ein Servomotor sein,, wenn das Luftdurchsatz-Informationsausgangssignal des Mikroprozessors 128 das der Digital-Analog-Umsetzung zu unterwerfende Digitalsignal ist. Der Motor 48 kann ein Impulsmotor sein, wenn das Ansaugluft-Durchsatz-Informationsausgangssignal des Mikroprozessors 128 in der Form des Digitalsignales eingespeist wird, das die Digital-Analog-Umsetzung nicht benötigt.

Das Luftdurchsatz-Informationsausgangssignal des Mikroprozessors 128 wird im Kraftstoffdurchsatz-Stellglied 120

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ORIGINAL INSPECTED

nach Fig. 11 in der anhand der Fig. 12 und 13 beschriebenen Weise umgesetzt. Es wird hier angenommen, daß das Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers durch die Gleichung (4) gegeben ist.

In Fig. 12 wird die Offenfläche As des Dosierschlitzes 52 proportional zum Rückfahr- bzw. Hochfahr-Hub S des Kolbens 50 vergrößert bzw. verkleinert, und der Durchsatz des durch den Dosierschlitz 52 fließenden Kraftstoffes ist ebenfalls proportional zum Hub S des Kolbens 50. Daher ist der Durchsatz des Kraftstoffes proportional zum Durchsatz der Ansaugluft, wenn der in einer beliebigen Richtung entsprechend dem Luftdurchsatz-Informationsausgangssignal des Mikroprozessors 128 getriebene Kolben 50 in einer solchen Beziehung verschoben wird, daß sein Hub S proportional zum Ist-Durchsatz Q der Ansaugluft ist. Daher macht der Kolben 50 für das durch Gleichung (4) gegebene Signal X seinen Hub S proportional zum Ist-Durchsatz Q der Ansaugluft, wenn der Kolbenhub S so gewählt ist, daß die folgende Gleichung erfüllt ist:

X = K₁' log S_p + K₂' (10),

mit K₁' und Kp' = Konstanten.

Der die Gleichung (10) erfüllende Hub S des Kolbens 50 wird erhalten, indem das Profil der Kurvenscheibe 49 geeignet gewählt wird.

In Fig. 13 kann der Kolben 50 durch einen durch den Motor 48 angetriebenen Hebel 55 anstelle durch die Kurvenscheibe 49 angetrieben werden, so daß der Kolben 50 seinen Hub S in proportionaler Beziehung zu der durch das Ausgangs·

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signal des Mikroprozessors 123 erzeugten Luftdurchsatz-Information ausführt. In diesem Fall kann die Information in der weiter unten beschriebenen Weise umgesetzt werden, indem auf ähnliche Art die Form des Dosierschlitzes 52 geeignet gewählt wird. Der Hub S des Kolbens 50 wird in diesem Fall ausgedrückt durch:

S = K₁" log Q + K₂" (11),

mit K." und K " = Konstanten.

Daher kann die Offenfläche As des Dosierschlitzes 52 und damit der Durchsatz des Kraftstoffes durch den Dosierschlitz 52 proportional zum Ist-Durchsatz Q der Ansaugluft gemacht werden, wenn die Form des Dosierschlitzes 52 entsprechend der folgenden Gleichung bestimmt ist:

S = K₁" · log As + K₂"¹ (12),

mit K₁"' und K₂"' = Konstanten.

Das Informationsausgangssignal des Mikroprozessors 128 kann in ein Analogsignal durch einen nichtlinearen Digital-Analog-Umsetzer umgesetzt werden, um die gewünschte Digital-Analog-Umsetzung der Information zu erhalten.

Fig. 1*J zeigt schematisch den Aufbau eines Beispiels des Kraftstoff-Durchsatz-Stellgliedes 120 für absatzweise Dosierung, das bevorzugt bei der Erfindung verwendet wird. Bei der sogenannten absatzweisen Dosierung wird Kraftstoff

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in die Brennkammer 57 des Zylinders synchron mit der Drehphase der Brennkraftmaschine eingespeist. In Fig. 14 wird ein Schaltglied 58, das eine Darlington-Transistorschaltung sein kann, während einer begrenzten Zeitdauer entsprechend dem hohen Pegel des Informationsausgangssignales des Mikroprozessors 128 eingeschaltet. Abhängig vom Einschalten des Schaltgliedes 58 wird Strom von einer Stromquelle 59 in eine elektromagnetische Spule 62 eines Kraftstoffventils 61 über einen Widerstand 60 gespeist. Das Kraftstoffventil 61 wird während der Zeitdauer der Erregung der Spule 62 offen gehalten, wodurch Kraftstoff in die Brennkammer 57 gespeist wird. (Tatsächlich wird das Gemisch aus atomisiertem Kraftstoff und Luft in die Brennkammer 57 gespeist.) Daher ist die in die Brennkammer 57 gespeiste Kraftstoffmenge proportional zur Zeitdauer At , während der das Kraftstoffventil 6l offen gehalten wird. Diese Offenzeit At des Kraftstoffventils 6l wird so bestimmt, daß sie proportional zum Ist-Durchsatz Q der Ansaugluft und umgekehrt proportional zur Drehzahl η der Brennkraftmaschine ist. Wenn daher die Drehperiode der Brennkraftmaschine den Wert T hat, gilt

el

die folgende Beziehung:

At ~ Q . T (13)

P d.

und damit

log At ~log Q + log T (14).

P d.

Mit der Gleichung (4) und der Beziehung (14) folgt für log

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log Atp = X + log T_a + K₄ (15),

mit K-, und Kj, = Konstanten.

Die Gleichung (15) zeigt, daß die Offenzeit At des Kraftstoffventils 61 aufgrund des durch Gleichung (4) gegebenen Wertes von X berechnet werden kann. Daher kann anstelle des Umsetzens der durch das Ausgangssignal des Mikroprozessors 128 erzeugten Luftdurchsatz-Information die Ventil-Offenzeit At im Mikroprozessor 128 entsprechend der Gleichung (15) berechnet werden, und das sich ergebende Ausgangssignal des Mikroprozessors 128 kann direkt zum Einschalten des Schaltgliedes 5$ dienen, um die richtige Menge an Kraftstoff in die Brennkammer 57 zu speisen.

Fig. 15 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Teiles eines anderen Beispieles des Kraftstoff-Durchsatz-Stellgliedes 120 für absatzweise Dosierung, das bevorzugt bei der Erfindung verwendet wird. Bei dem in Fig. 15 dargestellten Beispiel wird ein Signal proportional zu Q · T in Beziehung (13) von einem einzigen Glied erhalten, anstatt die Berechnung der Gleichung (15) im Mikroprozessor 128 auszuführen. In Fig. 15 ivird ein Impuls eines zur Drehphase der Brennkraftmaschine synchronen Signales an einen Eingangsanschlüß 64 in einem Zeitpunkt A in Fig. 16 gelegt. Ein monostabiler Multivibrator (Monoflop) 65 wird angesteuert, um ein Konstantstromglied 66 zu betätigen, und ein konstanter Strom lädt einen Kondensator 67 auf. Abhängig von der Einspeisung des nächsten Impulses des Synchronsignales in den Eingangsanschluß 64 in einem Zeitpunkt B in Fig. 16 betätigt das Monoflop 65 ein Strom-Stellglied 69, und der Kondensator 67 beginnt sich zu entladen. Deshalb ist der Spannungswert im

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Zeitpunkt B in Fig. 16 proportional zur Drehperiode T der Brennkraftmaschine. Der Entladestrom I^ des Kondensators 67 hat einen konstanten Wert, der umgekehrt proportional zur Information des Ist-Durchsatzes Q der Ansaugluft ist, wobei diese Information durch das Informationssignal am Strom-Stellglied 69 vom Mikroprozessor 128 erzeugt wird. Daher gilt die Beziehung:

Q · T_a (16),

da die Entladezeit t-, zwischen dem Zeitpunkt B und dem Zeitpunkt C in Fig. 16 proportional zu ^T _a/I_d und I, umgekehrt proportional zu Q ist. Das t, darstellende Signal wird von einem Ausgangsanschluß 68 an das Schaltglied 58 in Fig. 14 abgegeben, um dieses einzuschalten.

Fig. 17 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Teiles eines weiteren Beispieles des Kraftstoff-Durchsatz-Stellgliedes 120 für absatzweise Dosierung, das bevorzugt bei der Erfindung verwendet wird. Bei dem in Fig. 17 gezeigten Beispiel wird das die Offenzeit At des Kraftstoffventils 6l darstellende Signal erhalten, wenn das Signal X mit nichtlinearer Kennlinie umgekehrt proportional zum Durchsatz Q der Ansaugluft, wie z. B. das durch die Kurve E in Fig. 2 dargestellte Signal, am Mikroprozessor 128 liegt. Aus Gleichung (13) ergibt sich für die Ventil-Offenzeit

At = -X- (17),

^p n-Y

mit Y = K /Q.

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Der Wert von (n · Y) liegt ungefähr im Bereich von 0,k bis 0,1, da die Ventil-Offenzeit At ungefähr 2,5 ms bis 9 ms beträgt, wie dies oben erläutert wurde. Der Mikroprozessor 128 berechnet (n . Y) und speist sein Ausgangssignal, das das Ergebnis der Berechnung darstellt, in einen Multiplizier-Digital-Analog-Umsetzer 72 über einen Eingangsanschluß

78. Das K darstellende Signal wird in einen Vergleicher 70 «y

über einen weiteren Eingangsanschluß 71 gespeist, um mit dem Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers 72 verglichen zu werden. Der Vergleicher 70 erzeugt weiter sein Ausgangssignal, bis Gleichheit zwischen diesen beiden Eingangssignalen erreicht ist. Ein Stellglied 73 arbeitet abhängig vom Ausgangssignal des Vergleichers 70, um den Inhalt eines Registers Jh zu ändern. Wenn K /(n · Y) schließlich im Register 74 aufgezeichnet ist, wird ein (K /n · Y) χ (η · Y) = K darstellen-

«y »y

des Ausgangssignal vom Multiplizier-Digital-Analog-Umsetzer 72 abgegeben. Der Vergleicher 70 hört auf, sein Ausgangssignal zu erzeugen, und der Inhalt des Registers 7^ wird auf K /(n · Y)

«y

festgelegt. Das diesen Wert K /(n · Y) darstellende Signal tritt an einem Ausgangsanschluß 75 auf, um in das in Fig. 14 dargestellte Schaltglied 58 gespeist zu werden.

Die in die Brennkammer der Brennkraftmaschine zu speisende Kraftstoffmenge muß geändert werden, um das richtige Kraftstoff-Luft-Gemisch bzw. -Verhältnis entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Zu diesem Zweck muß das Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers abhängig von den Faktoren einschließlich der Temperatur, der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine und der Zusammensetzung des Abgases korrigiert werden. Der für die Korrektur des Ausgangssignales X des Luftdurchsatz-Messers benötigte Betrag ΔΧ für das richtige Kraftstoff-Luft-Gemisch bzw. -Verhältnis ist durch die folgende Gleichung gegeben:

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(18),

mit q = Menge an Kraftstoff, die zur Verbrennung von Kraftstoff eingespeist wird, der in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gespeist ist.

Daher kann das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des in die Brennkammer der Brennkraftmaschine gespeisten Kraftstoff-Luft-Gemisches geregelt werden, indem die Brennkraftmaschinen-Temperatur, die Brennkraftmaschinen-Drehzahl, die Brennkraftmaschinen-Last und die Abgaszusammensetzung durch die verschiedenen Fühler 106 bis 116 (vgl. Fig. 1) erfaßt und diese Fühler-Ausgangssignale in den Mikroprozessor 128 gespeist werden und indem Δ Χ mit den zuvor im Speicher 130 gespeicherten Funktionen und Konstanten berechnet wird. D. h., das ΔΧ = log — darstellende Signal wird zum Ausgangssignal X

des Luftdurchsatz-Messers 100 addiert, um das Signal zu erhalten, das zum Regeln der Menge q des eingespeisten Kraftstoffes dient. In diesem Fall kann 'das Kraftstoff-Luft-Verhältnis mit hoher Genauigkeit durch ein Digitalsignal mit kleiner Bitzahl geregelt werden, da beide Signale X und A X Funktionen von log Q sind.

Bei der Korrektur des Ausgangssignales X des Luftdurchsatz-Messers 100 aufgrund des Ergebnisses der Erfassung von Sauerstoff im Brennkraftmaschinen-Abgas durch den Sauerstofffühler 116 mittels Zirkonium ist der Wert von Δ Χ negativ bzw. positiv, wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 116 höher oder niederer als ein vorbestimmter Pegel ist. Der Wert von ΔX ist so, daß er keine Instabilität der Anlage hervorruft. Obwohl der Sauerstoffühler 116 mit Zirkonium eine

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hohe Empfindlichkeit hat und sein Ausgangssignal unablässig schwankt, wird das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 116 im Mikroprozessor 128 oder in einem Integrierer für eine geeignete Zeitdauer integriert, so daß sein Mittelwert mit dem zuvor erläuterten vorbestimmten Pegel vergleichbar ist. Weiterhin kann der Mikroprozessor 128 während seiner Berechnungszeit ein Servomotor-Stellsignal synchron zum Kurbelwinkel oder in einem konstanten Zeitintervall schneller als die Ansprechzeit des Servomotors 48 erzeugen. In einem derartigen Fall wird das otellsignal gemittelt, um genau die Bewegung des Kolbens 50 einzustellen. Weiterhin kann das Stellsignal, das den Servomotor 48 steuert, als Digitalgröße während der Berechnungszeit des Mikroprozessors 128 gehalten werden. Damit kann das Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers synchron zum Kurbelwinkel oder mit konstanten Zeitintervallen korrigiert werden.

Zur Korrektur des Ausgangssignales X des Luftdurchsatz-Messers 100 aufgrund des Ergebnisses der Erfassung der Brennkraftmaschinen-Temperatur durch den Temperaturfühler 112 wird das Ausgangssignal θ des Temperaturfühlers 112 in den Mikroprozessor 128 gespeist, der ΔX als Funktion von θ berechnet. Diese Korrektur wird ausgeführt, wenn die Ist-Brennkraftmaschinen-Temperatur im unteren Bereich liegt.

Zur Korrektur des Ausgangssignales X des Luftdurchsatz-Messers 100 aufgrund der Ergebnisse der Erfassung der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine wird das Ausgangssignal des Kurbelwinkel-Fühlers 110, der die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfaßt, in den Mikroprozessor 128 zusammen mit dem Ausgangssignal des Drosselklappen-Stellungsfühlers 106 und/oder des Ansaugluft-Druckfühlers 108, der die Last und die Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine

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erfaßt, gespeist, und der Mikroprozessor 128 berechnet den Wert von Δ X mittels der zuvor im Speicher 130 gespeicherten Funktionen und Konstanten. Während der Verzögerung kann die Einspeisung an Kraftstoff gesperrt sein. Weiterhin wird der Taktgeber 13^ gegebenenfalls betätigt, z. B. beim Starten oder Beschleunigen der Brennkraftmaschine, um das Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers 100 lediglich während einer derartigen Stufe zu korrigieren.

Wenn die Temperatur der Brennkraftmaschine niedrig ist, wie z. B. beim Starten oder Anlassen der Brennkraftmaschine, dann dreht sich die Brennkraftmaschine im Leerlauf, während der Durchsatz der Ansaugluft verringert ist. Bein Leerlauf der Brennkraftmaschine wird nicht genügend Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer gespeist, was zu einer unregelmäßigen Drehung der Brennkraftmaschine führt. Eine Schnelleerlaufeinrichtung ist vorgesehen, um eine gleichmäßige Drehung der Brennkraftmaschine zu gewährleisten und die Drehzahl der Brennkraftmaschine im Leerlauf zu erhöhen. Wie in Fig. I^ gezeigt ist, hat die Schnelleerlaufeinrichtung eine Umgehungsleitung 49, ein Umgehungsventil 76 und ein Stellglied 77, das die öffnung des Umgehungsventils 76 steuert. Das Stellglied 77 hat im allgemeinen ein wärmeempfindliches Bauteil, wio z. B. ein Bimetallelement oder Wachs. Das Stellglied 77 kann ein elektrisches Betätigungsglied sein, wie z. B. ein elektromagnetisches Solenoid, ein Schrittmotor, ein elektromagnetisches Bauelement mit Pulsbreitenmodulation oder ein Servomotor, der durch das Ausgangssignal des Mikroprozessors 128 gesteuert ist. In diesem Fall kann die Regelung für die Drehzahl der Brennkraftmaschine erzielt werden, indem die Drehzahl der Brennkraftmaschine mittels des Kurbelwinke1-Fühlers 110 erfaßt wird, indem der Ist-Wert mit dem vorbestimmten Soll-Wert verglichen wird, der zuvor in den Speicher 130 ein-

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programmiert wurde, und inden das Ftellglied 77 aufgrund des Ergebnisses -ies Vergleiches betätigt wird, um den Durchsatz der Luft durch die Umgehungsleitung 75 zu steuern. Diese Rückkopplung erfolgt, wenn das Ausgangssignal des Drosselklappen-Stellungsfühlers 106 einen Wert im Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine erfaßt. Das Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers nach Fig. H, ^, 7 oder Ί hat eine nichtlineare Kennlinie bezüglich des Durchsatzes Q der durch die Schnelleerlaufeinrichtung eingespeisten Ansaugluft. Das Steuerglied 77 kann so angeordnet sein, daß es direkt die Drosselklappe 104 steuert.

Wenn die Brennkraftmaschine stationär betrieben wird, ändert sich der Durchsatz der der Brennkraftmaschine zugeführten Luft ungefähr gleich dem Durchsatz der Ansaugluft. Jedoch sind diese Durchsätze nicht gleich während der Beschleunigung der Brennkraftmaschine, und der Durchsatz Q der Ansaugluft ist größer als der Durchsatz P der zugeführten Luft bezüglich der Zeit, wie dies in Fig. IQ gezeigt ist. Daher sollte die Menge des eingespeisten Kraftstoffes aufgrund des Durchsatzes P der angeführten Luft hestimmt werden. Deshalb muß die "Ienge des eingespeisten Kraftstoffes, der mit der zugeführten Luft im Zeitpunkt η in Fig. IQ zu mischen ist, aufgrund des Durchsatzes Q der Ansaugluft im Zeitpunkt m eingestellt werden, üenn die Berechnungszeit des Mikroprozessors 128 berücksichtigt wird, kann die Beziehung zwischen dem Zeitpunkt m und dem Zeitpunkt η bestimmt werden, indem geeignet die Pieihenfolge der Signalübertragung durch den Multiplexer 12'< oder das Verarbeitungsprogramm des Mikroprozessors 128 gewählt wird.

Der Betrieb des Luftdurchsatz-Messers 100 wird durch die Schwingung der in die Brennkraftmaschine gespeisten Ansaugluft beeinflußt. Daher muß das in Fig. Q dargestellte

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Dämpfungsglied Ü7 vorgesehen werden, oder es müssen in geeigneter Weise die Faktoren, wie z. B. das Volumen, die Elastizität und die Länge der Ansaugluftleitung 102 bestimmt werden, um den nachteilhaften Einfluß aufgrund der Schwingung der Ansaugluft auszuschließen. Weiterhin kann das Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers 100 in den Mikroprozessor 128 nach Mittelwertbildung für eine geeignete Zeitdauer eingespeist oder integriert werden, um gemittelt zu werden, nachdem es an den Mikroprozessor 128 abgegeben wurde, um den nachteilhaften Einfluß aufgrund der Schwingung der Ansaugluft auszuschließen. Ein derartiger nachteilhafter Einfluß kann auch verhindert werden, indem das Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers lediglich bei einer bestimmten Kurbelstellung abgetastet wird.

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Claims

Ansprüche

Brennkraftmaschinen-Regelvorrichtung mit einem Luftdurchsatz-Messer zum Dosieren des Durchsatzes der in die Brennkraftmaschine gespeisten Ansaugluft,

gekennzeichnet durch

einen Mikroprozessor (128) zum Ausführen einer Digital-Berechnung aufgrund des Ausgangssignales des Luftdurchsatz-Messers (100) und der Ausgangssignale verschiedener Fühler (106, 108, 110, 112, 116), wodurch mehrere Stellsignale zum Einstellen der Regelgrößen der Brennkraftmaschine erzeugbar sind,

eine Kraftstoff-Speiseeinrichtung (118) zum Einspeisen von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine, und

ein Kraftstoff-Durchsatz-Stellglied (120) zum Einstellen des Durchsatzes des von der Kraftstoff-Speiseeinrichtung (118) eingespeisten Kraftstoffes entsprechend dem Kraftstoff-Durchsatz-Stellsignal unter den Stellsignalen,

wobei der Luftdurchsatz-Messer (100) eine Einrichtung aufweist, um das Ausgangssignal bezüglich des Durchsatzes der Ansaugluft mit einer solchen nichtlinearen Kennlinie zu erzeugen, daß der Signalpegel in dem Bereich anwächst, in dem der Durchsatz der Ansaugluft klein ist.
2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

8l-(A 2925-02)-KoE

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daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatz-Messers (100) eine Soll-Auflösung für die Ansaugluft über dem gesamten Bereich des Durchsatzes der Ansaugluft erzeugt, wenn das Ausgangssignal mit einer begrenzten Anzahl von Bits verarbeitet wird, die für den Mikroprozessor zur Einstellung der Regelgrößen der Brennkraftmaschine erforderlich sind.
3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Ausgangssignal X des Luftdurchsatz-Messers (100) im wesentlichen ausdrückbar ist durch

X = K₁ log Q + K₂,

mit Q = Durchsatz der Ansaugluft, und K₁, Kp = Konstanten.
4. Regelvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Kraftstoff-Durchsatz-Stellglied (120) Mittel hat, die die in ihm enthaltene Information in eine Information proportional zum Ist-Durchsatz der Ansaugluft umsetzen,

5· Regelvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Kraftstoff-Durchsatz-Stellsignal eine Information proportional zum Ist-Durchsatz der Ansaugluft enthält.

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