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Elektronische Regel- und Steuerungsanordnung zum Regeln der
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Luft-Kraftstoffverhältnisse.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Regel- und Steuerungsanordnung,
um das Gemischvolumen und das Luft-Kraftstoffverhältnis in einer mit Ladungsschichtung
betriebenen, frendgezUndeten Brennkraftmaschine zu variieren.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine elektronische
Regel- und Steuerungsanordnung, , unter Vermeidung der Nachteile bekannter Ausführungen,
so auszulegen, daß das Gemischvolumen und dessen Luft-KraftstoffverhEltnis dem jeweiligen
Betriebszustand des Motors angepaßt werden kann, um bei reduzierter Schadstoffemission
hohen thermischen Wirkungsgrad der Maschine zu erzielen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, mittels
Meßwertaufnehmer am Motor, einem Microcomputer und elektrischen Einrichtungen die
Kraftatofftemperatur zu regeln, um ueber die Ausströmgeschwindigkeit des vergasten
Kraftstoffs aus den Düsen, die im unteren Bereich des Verdichtungsraums vorgesehen
sind, das Grundgemischvolumen und dessen Buftzihl jedem Betriebszustand des Motors
anzupassen.
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Fig.1 zeigt die Konfiguration des Steuer- und Regelsystems.
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Fig. 2 zeigt die Kraftstoff- und Kühlmittelzuführung zum Motor mit
den einzelnen Heizeinrichtungen und Mbwertaufnehmern.
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Die Meßwertaufnehmer M1...M8 (verschiedene Temperaturfühler, Kraftstoffmengenmesser,
Luftdichtemesser, Kurbelwellensensor) liefern an ihren Ausgängen eine digitale Information
entsprechend der jeweiligen Meßgrößen.
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Die Zentraleinheit des Systems bildet ein Mikrocomputer (bzw.
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Mikroprozessor). Dieser Mikrocomputer hat nun die Aufgabe, sämtliche
Meßwertaufnehmer alternierend abzufragen und deren aktuelle Meßwerte im Arbeitsspeicher
zu speichern.
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In Abhängigkeit dieser Meßgrößen werden nun mittels eines im Programm
(Programmspeicher) festgelegten Algorithmus die Ausgangsregel- bzw. Ausgangssteuergrößen
berechnet. Die Regel- bzw. Steuergrößen werden (digital codiert) an die Steuereinheiten
der einzelnen Stellglieder weitergegeben.
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Diese Steuereinheiten erfassen ihrer seits die ihnen vom Mikrocomputer
Ubermittelte Information und regeln und steuern die nachfolgenden Stellglieder (Heizung
H1, H2, H3, Zündung).
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Eine weitere Aufgabe des Mikrocomputers ist es, die Zündung zum berechneten
Zeitpunkt auszulösen; hierzu erhält der Mikrocomputer von dem Meßwertaufnehmer M8
(Kurbelwellensensor) eine Information über das Eintreffen des oberen Totpunktes.
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Gleichzeitig dient die vom Kurbelwellensensor gelieferte Information
zur Berechnung der Motordrehzahl.
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Aus Fig. 2 geht die prinzipielle Funktionsweise der Kraftstoffvergasung
hervor. Die Kraftstoffteilmengen zur Bildung des Grundgemischs und der Zffndgemischwolke
werden von der Kraftstoffpumpe über die Kraftstoffvergasungseinrichtung den im Verdichtungsraum
vorgesehenen Düsen zugeführt, wobei die Kraftstoffleitungen im wesentlichen in Wasserkanäle
verlaufen. Das in den Kanälen strdmende Wasser dient der Heizung und Kühlung der
in dem Dsen- und Elektrodentrager vorgesehenen Bauelemente. Die Wasserkanäle oder
Leitungen sind der Übersichtlichkeit wegen neben den Kraftstoffleitungen schematlsch
dargestellt.
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In diesem Schema erkennt man u. a. die Meßvertaufnehmer M1, M3, MI
und M5.
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M1: Messung der zugeführten Kraftstoffmenge m M2: Messung der Lufttemperatur
TL M3: Messung der Kraftstofftemperatur nach der Kraftstoffvergasungseinrichtung
TKV Messung der Kraftstofftemperatur in den Düsen TDK M5: Messung der Wassertemperatur
in dem Bauteil 20 Tw M6: Messung der Motortemperatur TM M7: Messung der Luftdichte
b M8: Messung der Motordrehzahl d Ferner sind die Stellglieder III, H2 und H3 mit
den zugehörigen Steuereinheiten dargestellt.
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H1: heizung zur Vergasung des Kraftstoffes H2: Heizung des Wasserkreislaufes
H3: IIeizung zur Feinregelung der Kraftstofftemperatur Die am Eingang der jeweiligen
Steuereinheiten anliegenden digitalen Informationen (vom Mikrocomputer übermittelt)
steuern nun die entsprechenden "Erregungsgrößen" der einzelnen Stellglieder. Im
Falle der Heizunugen 111, H2 und H3 sind diese Erregungsgrößen die Heizströme iH1,
iH2 sowie iH3.
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Die Aufgabe des Mikrocomputers besteht nun darin, diese Erregungsgrößen
in Abhängigkeit der Meßgrößen (m, TL , TKV , TDK , TM ,b, d) so zu steuern, daß
der gewünschte Regeleffekt eintritt.
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Allgemein kann man fUr die Erregungsgrößen in Abhängigkeit der Meßgrößen
schreiben: iH1 = f (m, TKV,d) iH2 " f (TW) iH3 - f (m, d, b, TL, TDK TM> Wie
oben schon erwähnt, wird die Motordrehzahl d nicht direkt gemessen, sondern vom
Mikrocomputer mit Hilfe der vom Kurbelwellensensor gelieferten Informationen berechnet.
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Um eine optimale Verbrennung des Kraftstoffes bei jedem Betriebszustand
des Motors zu erreichen, wird der Zündzeitpunkt für jede Zündung vom Mikrocomputer
berechnet.
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Der Mikrocomputer benötigt hierzu die aktuellen Meßwerte der Meßwertaufnehmer
Ml, M2, M4, M6, M7 und M8.
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Ml: Messung der zugeführten Krafstoffmenge m 1112: Messung der Lufttemperatur
TL M4: Messung der Kraftstofftemperatur in den Düsen TKD M6: Messung der Motortemperatur
TM M7: Messung der Luftdichte b M8: Messung der Motordrehzahl d Allgemein ergibt
sich der Zündzeitpunkt tz zu: tz = f (TL , TDK t TM ,b, d, m) Von dem Meßwertaufnehmer
.tS (Rurbelwellensensor) erhält der Mikrocomputer Informationen über das Eintreffen
des oberen Totpunktes. Diese Information wird benötigt, um die Zündung zum berechneten
Zeitpunkt auszulösen.
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Ferner berechnet der Mikrocomputer aus dem zeitlichen Abstand zweier
aufeinanderfolgender oberen Totpunkte die aktuelle tttordrehzahl (d).
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Für die Meßwertaufnehmer M2, M3, M4, M5 und M6 (TL, TKV, TDK, TW,
TM) werden Thermoelemente oder thermosensitive Halbleiterbauelemente (z. B. Heißleiter}
mit den geeigneten elektronischen Schaltungen verwendet.
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Damit der Mikrocomputer deren Meßwerte verarbeiten kann, muß am Auagang
der Meßwertaufnehmer die jeweilige Temperatur digital codiert zur Verfügung stehen,
dies erreicht man durch sogenannte Analog-Digital-Wandler.
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Bei der Luftdichtemessung wird der Membranbewegung eines Druckmessers
in geeigneter Weise auf einen sogenannten induktiven Wegaufnehmer übertragen.
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Deri induktiven Wegaufnehmer folgt eine elektronische Schaltung, die
eine der Luftdichte entsprechende Information an den Mikrocomputer abgibt.
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Entsprechend erfolgt die raftstoffmengenmessung, bei der die Bewegungen
der räumlichen Nocken in der Kraftstoffpumpe auf einen induktiven Wegaufnehmer übertragen
wird.
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Auch hier folgt dem induktiven Wegaufnehmer eine geeignete elektronische
Anpaßschaltung, die die Signale zur Weitergabe an den Mikrocomputer aufbereitet.
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Der Kurbelwellensensor hat die Aufgabe, dem Mikrocomputer das Eintreffen
des oberen Totpunktes zu melden.
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Der Mikrocomputer benötigt diese Information, um 1. die Zündung zum
berechneten Zeitpunkt auszulösen, 2. aus dem zeitlichen Abstand zweier aufeinanderfolgender
oberen Totpunkte die Motordrehzahl d zu errechnen.
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Der Kurbelwellensensor gibt hierzu jeweils einige Grad vor Erreichen
des oberen Totpunktes an den Mikrocomputer einen Impuls ab.
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Diese Impulse werden in der bei kontaktlos gesteuerten Zündungen üblichen
Weise mittels Hall- oder Induktionsgeber erzeugt.