DE2855097A1

DE2855097A1 - Brennstoff-regelsystem

Info

Publication number: DE2855097A1
Application number: DE19782855097
Authority: DE
Inventors: Nobuhito Hobo; Osamu Ito; Takashi Naitou; Shinzo Totani
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1978-01-12
Filing date: 1978-12-20
Publication date: 1979-07-19
Also published as: JPS5495830A; GB2012421B; DE2855097C2; FR2414630A1; GB2012421A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoff-Regelsystem, bei dem die von einer Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge ermittelt und die der Brennkraftmaschine zuge-25 führte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge geregelt wird.

Für ein Brennstoff-Regelsystem bekannter Art ist bereits ein Regelverfahren vorgeschlagen worden, bei dem

30 als Luftdurchflußdetektor zur Erzeugung eines Signals mit einer der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine proportionalen Frequenz ein Stab in dem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine rechtwinklig zu der Luftströmung angeordnet ist und die Ansaugluftmenge über die Frequenz des Auftre-

35 tens Karman'scher Wirbel bzw. Strömungsschatten an der Oberfläche des Stabes ermittelt wird.

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Ein Nachteil des den Karman'sehen Wirbelgenerator aufweisenden Luftdurchflußdetektors besteht darin, daß die Frequenz des erzeugten Wirbelsignals bei niedrigen Luftdurchflußraten abfällt, so daß keine hohe Ansprechempfindlichkeit bei der überwachung bzw. Messung der Luftdurchflußrate erzielbar ist. Obwohl zur Steigerung der Luftdurchflußgeschwindigkeit und damit zur Steigerung der Frequenz des erzeugten Wirbelsignals bei niedrigen Durchflußraten der Querschnittsbereich des Luftkanals verkleinert werden kann, weist diese Maßnahme den Nachteil auf, daß der Druckverlust in dem Luftkanal bei hohen Durchflußraten ansteigt und dadurch die Ansaugleistung der Brennkraftmaschine abfällt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Brennstoff-Regelsystem zu schaffen, das eine mit hoher Ansprechempfindlichkeit erfolgende Feststellung der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge und eine genaue Dosierung der erforderlichen Brennstoffmenge in Ab-

^ hängigkeit von der festgestellten Luftdurchflußrate ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Obwohl zur Steigerung der Ansprechempfindlichkeit bei der Messung der Luftdurchflußrate in niedrigen Durchflußratenbereichen bei geringen Drehzahlen der Brennkraft maschine o.dgl. die Frequenz des Meßsignals erhöht werden

muß (was bedeutet, daß die Präzessionsperiode der Wirbel bewegung verringert werden muß) , weist die einfache Maßnahme der Verkleinerung des Durchlaßbereiches des Ansaugrohrs zur Steigerung der Durchflußgeschwindigkeit der Luft in dem Ansaugrohr und damit zur Steigerung der

Wiederholfrequenz der Präzessionsbewegung des Wirbelluftstroms den gleichen Nachteil wie das die Karman'sehe

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Wirbelbildung ausnutzende Luft-Durchflußmengenmeßgerät der vorstehend beschriebenen Art auf, nämlich daß der Druckverlust in dem Ansaugrohr bei hohen Luftdurchflußraten im stark belasteten Betriebszustand der Brennkraftmaschine bei hohen Drehzahlen ansteigt. Erfindungsgemäß wird dagegen durch Anbringung einer Vielzahl von Wirbeldetektoreinheiten in jeweils gleichen Abständen um das Ansaugrohr herum die Erzeugung eines Signals mit einer jedes gewünschte Vielfache aufweisenden Frequenz ermöglicht, während gleichzeitig ein gewünschter Durchlaßquerschnitt des Ansaugrohrs gewährleistet ist.

Das erfindungsgemäße Brennstoff-Regelsystem umfaßt somit einen Präzessionsgenerator, der eine in dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine zur Bildung eines Wirbels in dem Ansaugluftstrom angeordnete Verwirbelungseinrichtung sowie einen stromabwärts der Verwirbelungseinrichtung angeordneten Venturi-Abschnitt aufweist, Wirbeldetektoren, die jeweils zur Feststellung der Präzessionsperiode oder der Wiederholfrequenz (Periode) der der Luftdurchflußrate entsprechenden Präzessionsbewegung dienen und ein elektrisches Meßsignal abgeben, und eine Steuerschaltung, die auf die Ausgangssignale der Wirbeldetektoren zur Dosierung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Brennstoffmenge anspricht. Hierdurch kann die der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge entsprechende Brennstoffmenge genau dosiert und der Brennkraftmaschine zugeführt werden, wobei auf einfache Weise eine große Anzahl von Wirbeldetektoren zur Verbesserung der bei niedrigen

^O Luftdurchflußraten durch die Wirbeldetektoren erzielbaren Ansprechempfindlichkeit eingebaut werden können.

Das Regelsystem zur Regelung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffes umfaßt somit eine in dem Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine angeordnete Verwirbelungseinrichtung mit einer Vielzahl von Leitblechen

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' zur Bildung eines Wirbels in der über den Ansaugkanal von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft, einen stromabwärts der Verwirbelungseinrichtung in dem Ansaugkanal angeordneten Venturi-Abschnitt, der in dem von der Ver-Wirbelungseinrichtung gebildeten Wirbel eine Präzessionsbewegung erzeugt, deren Periode sich in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine ändert, eine auf die Präzessionsbewegung ansprechende Einrichtung, die stromabwärts des Venturi-Abschnittes in dem Ansaugkanal _zur Erzeugung elektrischer Signale mit einer der Präzessionsperiode proportionalen Periode angeordnet ist, und eine Brennstoff-Regeleinrichtung, die die der Brennkraftmaschine zugeführte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von den von der auf die Präzessionsbewegung ansprechenden

'^ Einrichtung erzeugten elektrischen Signalen regelt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung

näher erläutert.
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Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus

einer Ausführungsform und 25

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuerschaltung gemäß Fig. 1.

In Fig.1, in der der Gesamtaufbau einer mit einer

Ausführungsform des Brennstoff-Regelsystems ausgestatteten Brennkraftmaschine dargestellt ist, bezeichnen die Bezugszahl 1 eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine, die Bezugszahl 2 einen Luftfilter, die Bezugszahl 3 ein Ansaugrohr und die Bezugszahl 4 einen in dem Ansaugrohr 3 angeordneten Präzessionsgenerator, der eine Verwirbelungseinrichtung 41 mit einer Vielzahl radial angeordneter Leitbleche zur Bildung eines mit seiner Drehachse mit der

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Mittelachse des Ansaugrohrs 3 zusammenfallenden Wirbels in dem Luftstrom und einen stromabwärts dieser Verwirbelungseinrichtung 41 zur Bildung einer Präzessionsbewegung (Drehbewegung der Drehachse des Wirbels um die Mittelachse des Ansaugrohrs 3) angeordneten Venturi-Abschnitt 42 aufweist. Die Bezugszahl 5 bezeichnet Wirbeldetektoren, die jeweils die Präzessionsperiode des Wirbels feststellen und ein elektrisches Signal abgeben, d.h., es sind zwei Wirbeldetektoren 5 direkt stromabwärts des Venturi-Abschnitts 42 in einem Abstand von 18.0° um das Ansaugrohr 3 herum angeordnet. Die Wirbeldetektoren 5 können jeweils aus dem Thermistor oder einem Metalldraht, wie z.B. Platin, bestehen. Die Bezugszahl 6 bezeichnet eine stromabwärts der Wirbeldetektoren 5 angeordnete Drosselklappe zur

■5 Steuerung der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge, die Bezugszahl 7 einen Brennstoffbehälter, die Bezugszahl 8 eine Brennstoffpumpe, die Brennstoff unter Druck zuführt, die Bezugszahl 9 einen Druckregler zur Einregelung des Brennstoffdruckes auf einen vorgegebenen Wert und die Bezugszahl 10 Brennstoff-Einspritzdüsen, die in Zweigleitungen des Ansaugrohrs 3 angebracht sind und elektromagnetisch geöffnet und geschlossen werden. Die Bezugszahl 12 bezeichnet einen Zündverteiler, der einen

Drehzahl-Meßfühler zur Erzeugung eines mit der Drehzahl nc

der Brennkraftmaschine synchronen Signals darstellt, während die Bezugszahl 13 einen in dem Auslaßrohr der Brennkraftmaschine zur Reinigung der Abgase angeordneten Katalysator bezeichnet. Die Bezugszahl 100 bezeichnet eine Steuerschaltung, die die Signale der Wirbeldetektoren 5

sowie des Drehzahl-Meßfühlers 12 erhält, die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge errechnet, die der Ansaugluftmenge entsprechende korrekte Brennstoffmenge dosiert und ein elektrisches Brennstoff-Einspritzimpulssignal an die Brennstoff-Einspritzdüsen 10 synchron mit

der Drehzahl bzw. Umlaufbewegung der Brennkraftmaschine 1 zur Zuführung des Brennstoffes zu der Brennkraftmaschine 1 anlegt.

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Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild der Steuerschaltung 100 dar, bei dem die Bezugszahl 101 eine Signalformerschaltung zur Erzeugung eines Impulssignals mit der zusammengesetzten Periode der von den beiden Wirbeldetektoren 5 abgegebenen elektrischen Impulssignale, die Bezugszahl 102 einen Taktimpulsgenerator zur Erzeugung von Taktsignalen mit einer vorgegebenen Periode bzw. Dauer, die Bezugszahl 103 eine Verknüpfungsschaltung, die die Taktimpulssignale des Taktimpulsgenerators 102 lediglich während eines Zeitintervalls, bei dem ein Impuls von der Signalformerschaltung 101 anliegt oder das der halben Periode eines Wirbelsignals entspricht, weiterleitet, die Bezugs zahl 104 einen Zähler zur Zählung der von der Verknüpfungsschaltung 103 abgegebenen Taktimpulse, die Bezugszahl 105 eine Speicherschaltung zur Zwischenspeicherung des Ausgangssignals des Zählers 104, die Bezugszahl 106 eine Digital-Analog-Umsetzerschaltung zur Umsetzung des digitalen Ausgangssignals der Zwischenspeicherschaltung 105 in eine Analogspannung VA, die Bezugszahl 107 einen Abtastimpulsgenerator, der auf die Ausgangsimpulse der Signalformerschaltung 101 zur Erzeugung eines den zeitlichen Ablauf des Zwischenspeichervorgangs bei der Zwischenspeicherschaltung 105 steuernden Abtastimpulses anspricht, und die Bezugszahl 108 eine Rückstell-Impulsgeneratorschaltung, die nach einer gewissen Verzögerung nach dem Abtastimpuls einen den zeitlichen Ablauf des Rückstellvorganges bei dem Zähler steuernden Rückstellimpuls erzeugt, bezeichnen. Die Bezugszahl 109 bezeichnet eine Signalformerschaltung zur

Regeneration bzw. Formung des von dem Drehzahl-Meßfühler 12 abgegebenen Signals, die Bezugszahl 110 eine Frequenzteilerschaltung zur Teilung der Frequenz des von der Signalformerschaltung 109 abgegebenen Signals und die Bezugszahl 111 eine Rechenschaltung, die auf das Aus-

gangssignal der Digital-Analog-ümsetzerschaltung 106 oder ein der Ansaugluftmenge entsprechendes Spannungssignal zur Ermittlung der bei einer gegebenen Drehzahl der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge und Berechnung

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der der gegebenen Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechenden Brennstoffmenge anspricht, wobei diese Brennstoffmenge in Form der Zeitdauer eines Impulssignals berechnet wird und die Rechenschaltung 111 zu diesem Zweck einen Multivibrator zur Erzeugung eines Impulses mit variabler Impulsdauer aufweist. Die Bezugs zahl 112 bezeichnet eine zur Verstärkung des von der Rechenschaltung 111 abgegebenen Impulssignals dienende Ausgangsschaltung, durch die die Brennstoff-Einspritzdüsen 10 jeweils für die Impulsdauer des von der Ausgangsschaltung 112 abgegebenen Impulssignals zur Einspritzung des Brennstoffes in das Ansaugrohr 3 geöffnet werden.

Nachstehend sollen Funktion und Wirkungsweise der den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweisenden Ausführungsform näher erläutert werden. Der Präzessionsgenerator 4 erzeugt in Abhängigkeit von der Durchflußgeschwindigkeit der Luft in dem Ansaugrohr 3 eine Präzessionsbewegung in dem Luftwirbel. Aufgrund dieser Präzessionsbewegung wird jeweils beim Auftreffen der angesaugten Luft auf die symmetrisch in dem Ansaugrohr 3 angeordneten Wirbeldetektoren 5 eine Temperaturänderung bewirkt, so daß, falls die Wirbeldetektoren 5 jeweils aus einem Thermistor bestehen, eine Widerstandsänderung des jeweiligen Thermistors

-^ eintritt. Die Wirbeldetektoren 5 erzeugen somit abwechselnd ein elektrisches Signal für jede aufgrund der Präzession erfolgende Wirbelbewegung des Wirbels in dem Ansaugrohr 3, woraufhin die beiden zueinander phasenverzögerten Signale der z.B. ein Flip-Flop aufweisenden Signalformerschaltung

101 zugeführt werden und dadurch das Flip-Flop abwechselnd gesetzt und zurückgestellt wird. Dies hat zur Folge, daß das von der Signalformerschaltung 101 erzeugte Wirbelsignal die gleiche Frequenz wie die Präzession des Wirbels und die halbe Periode der Präzession aufweist. Die Frequenz

der Präzessionsbewegung ist der Geschwindigkeit der durch das Ansaugrohr strömenden Luft proportional, so daß das Wirbelsignal eine der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine proportionale Frequenz aufweist. Die Verknüpfungs-

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] schaltung 103 leitet die von dem Taktimpulsgenerator 102 abgegebenen Taktimpulse für die Dauer eines von der Signalformerschaltung 101 abgegebenen Impulssignals oder während eines der halben Präzessionsperiode entsprechenden Zeitig Intervalls weiter, wobei diese Impulse sodann dem Zähler

104 zugeführt werden. Der Zähler 104 zählt die Anzahl der zugeführten Taktimpulse, woraufhin das gezählte digitale Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 105 zugeführt wird. Hierbei wird das digitale Ausgangssignal des Zählers 104 in Abhängigkeit von dem Anliegen eines Abtastimpulses der Abtastimpulsgeneratorschaltung 107 oder direkt nach Abschluß der Zählung des Zählers 104 in der Speicherschaltung 105 zwischengespeichert. Das digitale Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 105 wird dem Digital-Analog-Umsetzer 106 zugeführt, der es wieder in eine Analogspannung VA umsetzt. Der Zähler 104 wird in Abhängigkeit von einem von der Rückstell-Impulsgeneratorschaltung 108 abgegebenen Rückstellimpuls oder unmittelbar nach der Zwischenspeicherung des digitalen Ausgangssignals des Zählers 104 in der Zwischenspeicherschaltung

105 zurückgestellt. Die Ausgangsspannung VA des Digital-Analog-Umsetzers 106 ist der Wiederholperiode der Präzession proportional. Diese Periode ist der der Luftdurchflußrate oder Ansaugluftmenge QA (l/s) proportionalen Wiederholfrequenz der Präzession umgekehrt proportional, so daß die Ausgangsspannung VA der Digital-Analog-Umsetzerschaltung 106 der Ansaugluftmenge QA umgekehrt proportional ist.

Weiterhin erzeugt der Drehzahl-Meßfühler 12 ein Umdrehungssignal, das einen vorgegebenen Kurbelwellen-Drehwinkel der Brennkraftmaschine bezeichnet und mit der Drehbewegung der Brennkraftmaschine synchronisiert ist, woraufhin dieses Umdrehungssignal von der Signalformerschaltung 109 regeneriert bzw. geformt, von der Frequenzteilerschaltung 110 mit einem vorgegebenen Frequenzteilverhältnis geteilt und sodann zusammen mit der die Ansaug-

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luftmenge QA bezeichnenden Ausgangsspannung VA der Digital-Analog-Umsetzerschaltung 106 der Rechenschaltung 111 zugeführt wird. In der Rechenschaltung 111 wird während der Zeitdauer, in der ein Impulssignal mit einer der Drehzahl der Brennkraftmaschine umgekehrt proportionalen Zeitdauer von der Frequenzteilerschaltung 110 erzeugt wird, ein Kondensator mit einem konstanten Strom aufgeladen, während die Entladung dieses Kondensators von der Ausgangsspannung VA der Digital-Analog-Umsetzerschaltung gesteuert wird, wodurch ein Impulssignal mit einer der Entladungsdauer entsprechenden Impulsdauer erzeugt wird. Diese Entladungsdauer ist der Drehzahl der Brennkraftmaschine umgekehrt proportional und der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine proportional. Das Ausgangsimpuls-

'5 signal der Rechenschaltung 111 wird von der Ausgangsschaltung 112 verstärkt und den Brennstoff-Einspritzdüsen 10 zugeführt, so daß die Brennstoff-Einspritzdüsen 10 jeweils für die Dauer des anliegenden Impulses elektromagnetisch geöffnet werden und der Brennstoff in das

Ansaugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die bei jeder Brennstoff-Einspritzung zugeführte Brennstoffmenge weist somit einen der Drehzahl der Brennkraftmaschine umgekehrt proportionalen, jedoch der Ansaugluftmenge proportionalen Betrag auf und wird synchron mit der

^iJ Drehbewegung der Brennkraftmaschine zugeführt.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann der Rechenschaltung 111 eine Schaltungsanordnung nachgeschaltet werden, die die Impulsdauer des Ausgangssignals

in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine o.dgl. oder aber in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt der Abgase korrigiert. Ferner kann anstelle der von der Rechenschaltung 111 vorgenommenen analogen Berechnung der Zeitdauer der Brennstoff-Einspritzung auch eine digitale

Berechnung durch z.B. einen in der Rechenschaltung 111 enthaltenen Mikroprozessor erfolgen. Darüberhinaus können

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anstelle der bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verwendeten beiden Wirbeldetektoren 5 auch drei oder mehr Wirbeldetektoren 5 zur weiteren Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit bei der Feststellung der Ansaugluftmenge verwendet werden, wobei es in diesem Falle lediglich erforderlich ist, die Wirbeldetektoren um das Ansaugrohr 3 herum in jeweils gleichen Abständen anzuordnen.

Das vorstehend beschriebene Brennstoff-Regelsystem

]0 weist somit eine Präzessionsgeneratoreinrichtung auf, die aus einer drehbar in dem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine angeordneten Verwirbelungseinrichtung mit radialen Leitblechen und einem stromabwärts der Verwirbelungseinrichtung angeordneten Venturi-Abschnitt besteht. Die Präzessionsgeneratoreinrichtung erzeugt eine Präzessionsbewegung in dem verwirbelten Luftstrom durch das Ansaugrohr. Ein direkt stromabwärts bzw. unterhalb des Venturi-Abschnittes angeordneter Wirbeldetektor ermittelt auf elektrischem Wege die Periode bzw. Dauer der Präzession und gibt ein elektrisches Signal mit einer der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine proportionalen Frequenz ab. Eine Steuerschaltung dosiert sodann in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal des Wirbeldetektors die Brennstoffmenge entsprechend der festgestellten Ansaugluftmenge und regelt die Brennstoff-Einspritzung.

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ORIGINAL INSPECTED

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Claims

Patentansprüche

1. Brennstoff-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine in einem Ansaugkanal (3) der Brennkraftmaschine (1) angeordnete Verwirbelungseinrichtung (41), die eine Vielzahl von Führungsblechen zur Erzeugung eines Wirbels in der über den Ansaugkanal von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft aufweist, durch eine stromabwärts der Verwirbelungseinrichtung in dem Ansaugkanal angeordnete Venturi-Einrichtung (4 2), die in dem von der Verwirbelungseinrichtung gebildeten Luftwirbel eine Präzessionsbewegung erzeugt, deren Periode sich in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine ändert, durch eine auf die Präzessionsbewegung des Luftwirbels ansprechende Einrichtung (5), die stromabwärts der Venturi-Einrichtung in dem Ansaugkanal angeordnet ist und elektrische Signale erzeugt, deren Periode proportional der Periode der Präzessionsbewegung ist, und durch eine Brennstoff-Regeleinrichtung (100), die die der Brennkraftmaschine zugeführte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von den von der auf die Präzessionsbewegüng ansprechenden Einrichtung erzeugten elektrischen Signalen

35 regelt.

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Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

Dresdner Bank (München) KIo. 3939844

Posischeck (München) KIo. 670-43-804

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2. Brennstoff-Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Präzessionsbewegung ansprechende Einrichtung mehrere temperaturabhängige Meßelemente (5) aufweist, die in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet sind und jeweils aufeinanderfolgend die elektrischen Signale erzeugen, und daß die Brennstoff-Regeleinrichtung einen Taktimpulsgenerator (102), der Taktimpulse mit einer festen Frequenz erzeugt, einen Zähler (104), der die Taktimpulse während eines von zwei

TO der aufeinanderfolgend von den temperaturabhängigen Meßelementen erzeugten elektrischen Signale bestimmten Zeitintervalles zählt, einen Impulsgenerator (105, 107, 108), der Impulssignale mit einem dem Ausgangs zählwert des Zählers jeweils entsprechenden Zeitintervall erzeugt, und eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung (10) zum Einspritzen des Brennstoffs in die Brennkraftmaschine während des durch diese Impulssignale gegebenen Zeitintervalls aufweist.

3. Brennstoff-Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Präzessionsbewegung ansprechende Einrichtung zwei temperaturempfindliche Meßelemente (5) aufweist, die in vorgegebenen Winkelabständen angeordnet sind und jeweils aufeinanderfolgend die elektrischen Signale erzeugen, und daß die Brennstoff-Regeleinrichtung (100) einen Taktimpulsgenerator (102) , der Taktimpulse mit einer festen Frequenz erzeugt, einen Zähler (104), der die Taktimpulse während eines von zwei der aufeinanderfolgend von den beiden temperaturempfindlichen Meßelementen erzeugten elektrischen Signale bestimmten Zeitintervalles zählt, und eine Brennstoff-Zuführungseinrichtung (105 bis 112), die der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem Ausgangszählwert des Zählers Brennstoff zuführt, aufweist.

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