DE2900569A1

DE2900569A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer elektromechanischen kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE2900569A1
Application number: DE19792900569
Authority: DE
Inventors: Alan William Dickerson
Original assignee: Repco Ltd
Current assignee: Repco Ltd
Priority date: 1978-01-13
Filing date: 1979-01-09
Publication date: 1979-07-19
Also published as: GB2012989A; AU4266178A; BR7900173A; JPS54101026A; FR2414640A1; IT1110070B; IT7919237A0

Description

REPCO Limited, Melbourne, Australien

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer elektromechanischen Kraftstoffeinspritzanlage

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffeinspritz-Steuervorrichtungen und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung bzw. Regelung elektromechanischer Kraftstoffeinspritzdüsen für eine Brennkraftmaschine.

Es sind bereits verschiedene Arten von Regel- bzw. Steuersystemen zur Bestimmung des Takts und der Bauer von elektrischen Signalen bekannt, die elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzdüsen zugeführt werden. Die grundsätzlichen Vorteile von Kraftstoffeinspritzanlagen gegenüber Vergaseranlagen sind bekannt, doch ist der Einsatz von Kraftstoffeinspritzanlagen wegen der erhöhten Kosten und der vergrößerten Kompliziertheit solcher Anlagen begrenzt. Eine Verbesserung des Kosten- und Kompliziertheitsfaktors würde daher eine größere Verbreitung von Kraftstoffeinspritzanlagen begünstigen.

Viele der bisherigen elektronischen Regelsysteme messen

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die Maschinen-Luft-Durchsatzmenge und die Maschinen-Drehzahl in Verbindung mit verschiedenen anderen sekundären Parametern, um auf elektronischem Wege die Dauer und den Takt bzw. die Zeitsteuerung von Einspritzbetätigungssignalen zu bestimmen. Die für die Maschinenbetriebsparameter repräsentativen elektrischen Signale liegen im allgemeinen in analoger Form vor, wobei diese Signale im allgemeinen durch Analogprozessoren verarbeitet werden, um die entsprechende Dauer der Einspritzbetätigungssignale festzulegen. Analogprozessoren, welche die erforderliche Genauigkeit über die Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs hinweg unter den gegebenen Bedingungen gewährleisten, sind, auf Kraftfahrzeugstandard bezogen, kostenaufwendig. Einige der mit Analogprozessoren zusammenhängenden Schwierigkeiten können durch Verwendung eines Digitalprozessors ausgeräumt werden. Digitalprozessoren bieten außerdem den weiteren Vorteil, daß in ihrer soft ware bzw. Programmausrüstung zusätzliche Regelungen bzw. Steuerungen vorgesehen werden können und es dabei einfacher ist, derartige Prozessoren mit anderen Fahrzeugregelsystemen zu vereinigen, beispielsweise mit Maschinen-Zündungsregelsystemen, Fahrzeug-Schadstoff kontrollsystemen und Steuer-bzw. Regelsystemen für automatische Getriebe. Die Vorteilhaftigkeit der Verwendung von Digitalprozessoren für die Bestimmung

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der richtigen Dauer von Einspritzbetätigungssignalen anhand von Signalen für die Maschinenbetriebsbedingungen ist seit einiger Zeit erkannt worden. Einer der Faktoren, welche die Anwendung von Digitalprozessoren für diese Aufgabe einschränken, liegt darin, daß die für die Maschinenbetriebsbedingungen repräsentativen Signale im allgemeinen in Analogform vorliegen, sodaß eine Analog/ Digital- bzw. A/D-Umwandlung aller dieser Signale erforderlich ist. Das Maschinen-Luft-Durchsatzsignal wirft aufgrund der hohen Umsetzgenauigkeit, die über einen weiten Bereich von Signalpegeln erforderlich ist, besondere Probleme bezüglich der Analog/Digital-Umwandlung auf. Typische Erfordernisse sind eine Auflösung von mindestens * 1/2 % des Signalpegels über einen Signalpegelbereich von 30 : 1.

Es sind auch zahlreiche Arten von Wandlern bekannt, die eine die Maschinen-Luft-Durchsatzmenge angebende Verschiebung hervorbringen. Die Rotations- oder Linearverschiebungen bzw. -bewegungen derartiger Wandler werden durch mit hoher Präzision arbeitende Potentiometer in elektrische Signale umgesetzt, wobei bei Verwendung eines Digitalprozessors das elektrische Analogsignal in einem Analog/Digital-Wandler in ein Digitalsignal umgewandelt wird. Aue den oben genannten Gründen erwiesen sich bisher

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Analog/Digital-Wandler mit ausreichender Genauigkeit als für Kraftfahrzeugzwecke zu aufwendig.

Weiterhin war es bei den bekannten Systemen notwendig, von der Drosselklappenstellung der Brennkraftmaschine abgeleitete Signale zu liefern, um.auf diese |y^Teise Zeitpunkte hoher Drosselklappen-Öffnungsgeschwindigkeiten anzuzeigen, und derartige Signale im Hauptprozessor zu verarbeiten/ um ein zufriedenstellendes Ansprechen der Brennkraftmaschine unmittelbar auf ein schnelles bzw. plötzliches Öffnen der Drosselklappe hin, insbesondere bei niedrigen Maschinendrehzahlen, zu erreichen. Dieser drosselklappen-Öffnungsgeschwindigkeitsfühler und die erforderlichen Signalverarbeitungseinrichtungen tragen zusätzlich zu den Kosten und zur Komplexität der Steuerbzw. Regelanlage bei.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Regelanlage zu schaffen, die einfacher aufgebaut ist als die bisherigen Anlagen dieser Art, während mit ihr unter allen Umständen die erforderliche Regel- bzw. Steuergenauigkeit des Taktes und der Dauer der den elektromechanischen Kraftstoffeinspritzdüsen zugeführten elektrischen Signale beibehalten oder sogar verbessert werden soll.

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Diese Aufgabe wird durch die in den beiliegenden Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen und Merkmale gelöst.

Genauer gesagt, ist die erfindungsgemäße Regelvorrichtung gekennzeichnet durch einen Luftdurchsatzmengenwächter, der eine die Luftverbrauchsmenge der Brennkraftmaschine angebende Verschiebung hervorbringt, eine Einrichtung zur unmittelbaren Umwandlung dieser Verschiebung in ein impulsbreitenmoduliertes bzw. PWM-Signal mit einer Frequenz, die von der Maschinendrehzahl unabhängig ist und vorzugsweise ein Mehrfaches der kleinsten Taktfrequenz der Maschine beträgt, wobei das Tastverhältnis dieses PWM-Signals eine Funktion der Verschiebung des Luftdurchsatzmengenwächters ist, sowie durch einen Digitalprozessor, welcher dieses PWM-Signal oder ein oder mehrere, davon abgeleitete, verarbeitete Signale für die Berechnung der richtigen Dauer der Betätigungssignale für die elektromagnetische Einspritzvorrichtung benutzt.

In bevorzugter Ausführungsform umfaßt die Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung gemäß der Erfindung in erster Linie eine Luftdurchsatzmengen-Wächter- bzw. -Überwachungseinheit, die im wesentlichen ein herkömmliches Luftventil aufweist, das seinerseits eine Verschiebung bzw. Verstellung

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erfährt, welche von der Luftdurchsatzmenge abhängt, und zwar in Übereinstimmung mit einer bestimmten Regel, die ihrerseits von den Konstruktionseinzelheiten der Luftdurchsatzmengenwächtereinheit abhängig ist. Diese Wächtereinheit ähnelt dabei den Einheiten, wie sie bei manchen Luftventil-Vergasern verwendet wird oder für andere Kraftstoffeinspritz-Regelsysteme vorgeschlagen wurde (vgl. AUS-PS 425 990 bzw. US-PS 3543 739).

Mit diesem Luf tdurchlaßrnengenwächter ist ein drehbares zylindrisches Element verbunden, das sich relativ zu einer optisch-elektronischen Schalteinrichtung zu drehen vermag, die ihrerseits wirkungsmäßig mit dem Ventil des Luftdurchsatzmengenwächters verbunden ist und die durch diesen Luf tdurchsat.zmengenwächter relativ zum drehbaren Element axial verschoben wird. Das durch einen Elektromotor mit praktisch konstanter Drehzahl angetriebene, drehbare zylindrische Element weist eine in seine Wand eingeschnittene, axial verlaufende, keilförmige Öffnung bzw. Ausnehmung auf. Die optisch-elektronische Schalteinrichtung besteht aus einer Halterung mit einer Lichtquelle und einer lichtempfindlichen Halbleitervorrichtung, die auf gegenüberliegenden Seiten der axialen Wand des drehbaren Elements angeordnet und einander zugewandt sind, so daß die Lichtquelle nur dann auf die

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lichtempfindliche Vorrichtung einwirkt, wenn sich die Ausnehmung zwischen ihnen befindet. Die lichtempfindliche Vorrichtung liefert auf diese Weise ein Signal, das abwechselnd zwischen EIN und AUS pulsiert. Das Tastverhältnis dieses impulsbreitenmodulierten Signals ist dem von der keilförmigen Ausnehmung eingenommenen Bruchteil:, des Gesamtumfangs des drehbaren Elementes in der von diesem optisch-elektronischen Schaltsystems abgetasteten Längsposition proportional. Durch entsprechende Formung der keilförmigen Ausnehmung kann die Vorrichtung auf jede Verschiebung bzw. Verstellung des Luftventils der Luftdurchsatzwächtereinheit oder der Luftdurchsatzmenge durch diese in Bezug auf das Tastverhältnis des impulsbreitenmodulierten Ausgangssignals abgestimmt werden. Die gesamte Vorrichtung, die das impulsbreitenmodulierte Ausgangssignal mit einem auf die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftdurchsatzmenge bezogenen Tastverhältnis liefert, wird als Meßeinheit bezeichnet.

Das impulsbreitenmodulierte Signal von der Meßeinheit wird so verarbeitet, daß es in digitaler Form die numerische Größe des Tastverhältnisses dieses Signals darstellt. Diee erfolgt durch Zählung der Zahl von Takt-Impulsen (von einem geeigneten Oszillator), idie während der EIN-Periode des Signals auftreten, sowie der Zahl

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von Taktimpulsen, die während der Periode des impulsbreitenmodulierte'n Signals vorhanden sind. Die erste dieser Zählung wird durch die zweite Zählung dividiert, um die Meßeinheit die numerische Größe des Tastverhältnisses des impulsbreitenmodulierten Signals abgeben zu lassen.

Die elektromechanischen Kraftstoffeinspritzdüsen sowie ein diese betätigender elektrischer Leistungsverstärker sind in an sich bekannter Weise so angeordnet, daß die durchschnittliche Kraftstoffaustragmenge der Düsen dem Tastverhältnis des dem Verstärker zugeführten Signals proportional ist. Das Tastverhältnis des Einspritzbetätigungssignals (DRI) ist auf das Tastverhältnis des Meßeinheit-Signals (DRM) mit einem Proportionalitätsfaktor (K) bezogen, welcher die Eigenschaften bzw. Kennlinien der gesamten Kraftstoffanlage und das erforderliche Kraftstoff/Luftmischungsverhältnis für die Brennkraftmaschine berücksichtigt. Dieser Faktor (K) kann eine lineare oder nicht-lineare Funktion des Signals (DRM) sein. Die Funktion des Proportionalitätsfaktors (K) ist im Digitalprozessor programmiert. Die numerische Größe des Betätigungssignal (DRI) wird durch Multiplizieren der numerischen Größe des Signals (DRM) mit dem entsprechenden Faktor (K) im Digitalprozessor abgeleitet.

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DRI = K . DRM.

Die Kraftstoffeinspritzdüsen können pro Maschinentakt einmal oder mehrmals betätigt werden, doch müssen sie mit dem Maschinentakt synchronisiert sein. Die Arbeitstaktposition der Brennkraftmaschine angebende Signale können von der Zündanlage der Maschine oder von Meßbzw. Fühlelementen an der Kurbelwelle oder an der Nockenwelle abgenommen werden. In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden die Kraftstoffeinspritzdüsen pro Maschinenarbeitszyklus je einmal betätigt, und die Taktpositionsinformation wird von der Niederspannungsseite der Maschinen-Zündanlage abgenommen. Im Falle einer Brennkraftmaschine mit m Zylindern liegen somit pro Maschinen- und Einspritztakt m Zündsignale vor. Die numerische Größe der Einspritzzyklusperiode wird durch Zählung der Zahl von Taktimpulsen abgeleitet, die zwischen m Zündsignalen auftreten.

Das Tastverhältnis des Einspritzbetätigungssignals (DRI) ist das Verhältnis der Zahl von Zählungen, die während des Einspritz-EIN-Signals (N. .) auftreten zur Zahl der während eines Einspritzzyklus (N_Cy_C^ ) vorhandenen Zählungen, d. h.

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^Ninj

DRI -

cycl

Die numerische Größe der Zählungszahl entsprechend dem erforderlichen Einspritz-EIN-Signals wird dann dadurch erhalten, daß die numerische Größe für das Signal (DRI) mit einer numerischen Größe von (N_CT ,) multipliziert wird, d. h.

= DRI .

Da der Einspritzzyklus bzw. -takt mit dem Maschinenzyklus bzw. Arbeitsspiel synchronisiert ist, wird die Zahl der während eines Einspritzzyklus (N ,) auftretenden Zählungen als die Zahl von Zählungen angesehen, die während des letzten abgeschlossenen Maschinenzyklus auftraten. Nach Abschluß eines Maschinenzyklus berechnet der Digitalprozessor die Größe N. . mittels der beschriebenen Operation. Diese Berechnung ist vor dem nächsten Zündsignal abgeschlossen, das zur Einleitung des Einspritz-EIN-Signals benutzt wird. Wenn die Zahl der seit der Einleitung des Einspritz-EIN-Signals aufgetretenen Taktimpulse N. . ist, wird das Einspritzbetätigungssignal auf AUS umgeschaltet.

Die vorstehende Beschreibung der Verarbeitung des impuls-

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breitenmodulierten Signals von der Meßeinheit gilt für "normale" Betriebsbedinungen. Der Digitalprozessor kann jedoch weitere Funktionen für spezielle Betriebsbedingungen enthalten. Beispielsweise kann ein Anlaß-Unterprogramm vorgesehen sein, welches ein erstes Einspritzbetätigungssignal für den ersten Maschinenzyklus liefert. Ein schnelles öffnen der Drosselklappe der Brennkraftmaschine kann durch die relative Änderung zwischen aufeinanderfolgenden EIN-Signalen von der Meßeinheit festgestellt werden, und spezielle bzw. zusätzliche Einspritzbetätigung'ssignale mit der richtigen Dauer können geliefert werden, um zusätzlichen Kraftstoff zuzuführen und zu den entsprechenden Zeitpunkten das gewünschte schnelle Ansprechen der Maschine zu gewährleisten..Ebenso können Maschinen-Überlaufzustände festgestellt werden, wenn das Signal (DRM) unter einer vorbestimmten Größe liegt und die Zählung für die Maschinen-Zyklus-Periode kleiner ist als eine vorbestimmte Größe bzw. wenn die berechnte Größe N. . unter einer vorbestimmten Größe liegt. Wenn das gewählte Kriterium für den Maschinenüberlauf (Schiebebetrieb) erfüllt ist, kann das Einspritzbetätigungssignal unterdrückt werden.

Nachstehend ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

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Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene, vereinfachte Seitenansicht einer Meßeinheit, die einen Teil der Regelvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt,

Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines ausgesparten Elements als Teil der Meßeinheit gemäß Figur 1,

Figur 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Figur 4 eine graphische Darstellung von Impulsreihen, die in der Vorrichtung im Dauerbetrieb der Maschine auftreten, und

Figur 5 eine Figur 4 ähnelnde Darstellung von Impulsreihen, die bei einer schnellen Erhöhung der Luftdurchsatzmenge der Maschine auftreten.

Die in Figur 1 dargestellte, ±_m Prinzip ■ bekannte Meßeinheit 9 besteht im wesentlichen aus einem Haupt-Gehäuse 1O, das einen Lufteinlaß bzw. -trichter 11 zu einer nicht

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- Λ/

dargestellten Brennkraftmaschine aufweist. Die Meßeinheit 9 gemäß der Erfindung unterscheidet sich, wie noch näher erläutert werden wird, in praktischen Einzelheiten von den bisherigen Einheiten dieser Art.

Ersichtlicherweise ist innerhalb des Lufteinlasses 11 ein quer dazu verlaufender Kolben 12 vorgesehen, der gegen die Kraft einer Feder 13 entsprechend der Luftdurchsat'/imenge durch den Einlaß bzw. Kanal 11 verschiebbar ist. In Strömungsrichtung hinter dem Kolben 12 ist im Lufteinlaß 11 eine nicht dargestellte Drosselklappe angeordnet. Am Ende 15 des Kolbens 12 ist ein U-förmiges Gabelelement 14 befestigt das in einem Schiätz im Kolbenende 15 sitzt und mittels einer Stellschraube 16 festgelegt ist. Das Gabelelement 14 durchsetzt die eine Seite des Gehäuses 10, wobei es eine Lagerung bzw. Unterstützung für den Kolben an seinem halterungsfreien Ende bietet. Genauer gesagt: mit Hilfe des Gabelelements 14 ist der Kolben 12 effektiv an beiden Enden gehaltert bzw. gelagert, weil sein eines Ende an der einen Seite des Lufteinlasses 11 verschiebbar im Gehäuse TO geführt und sein anderes Ende mittels des Gabelelements 14 an der gegenüberliegenden Seite des Lufteinlasses 11 im Gehäuse 10 gelagert ist. Diesbezüglich unterscheidet sich die erfindungsgemäße Meßeinheit von der bisherigen Meß-

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einheit dadurch, daß jegliches Verklemmen des Kolbens vermieden wird, das bei den bisherigen einseitig gelagerten bzw. aiaskragenden Kolben auftreten kann. Für den angegebenen Zweck ist in der einen Seite des Gehäuses 10 ein Lager 17 vorgesehen.

Das G^abeleleinent 14 erstreckt sich in ein Gehäuse 18 in Form eines napfförmigen Deckels 19, der abnehmbar am Gehäuse 10 angebracht ist. Ein im Gehäuse 18 vorgesehene Rahmenkonstruktion 20 dient zur Halterung eines mit Aussparungen 'versehenen Elements 21. Letzteres ist auf einer Spindel 22 montiert, die ihrerseits wirkungsmäßig mit einem gestrichelt eingezeichneten Elektromotor 23 verbunden ist. Der am Deckel 19 montierte Motor 23 ist ein mit praktisch konstanter Drehzahl arbeitender Gleichstrommotor, der im Fall eines Kraftfahrzeugs bzw. Automobils durch dessen elektrische Anlage über den Zündschalter gespeist wird. Bei der dargestellten Ausführungsform \ersetζt der Motor 23 die Spindel mit einer Drehzahl von etwa 3.000 U/min in Drehung.

Gemäß Figur 1 umfassen die Seiten bzw. Schenkel des Gabelelements 14 die Wand des ausgesparten Elementes 21 in der Weise, daß sich das Ende des einen Schenkels innerhalb dieses Elements 21 und das Ende des anderen Schenkels

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an dessen Außenseite befinden. Das außenseitige Ende des Gabelelements 14 trägt eine Lichtquelle 24, während das innenseitige Schenkelende des Elements 14 mit einem nicht dargestellten fotoempfindlichen Element versehen ist. Die Lichtquelle und das Foto-bzw. lichtempfindliche Element bilden gemeinsam einen Wandler zur Umsetzung der linearbewegung des Kolbens 12 in elektrische Daten bzw. Größen. Die Lichtquelle 24 ist dem fotoempfindlichen Element zugewandt; wenn der Zwischenraum zwischen Lichtquelle und fotoempfindlichen Element nicht von der Wand des ausgesparten Elements 21 eingenommen wird, wird somit im fotoempfindlichen Element ein elektrisches Signal induziert. Zu diesem Zweck ist die Wand des Elements 21 mit einer Aussparung bzw. einem Fenster versehen, welche bzw. welches -die induktion eines impulsbreitenmodulierten elektrischen Signals im fotoempfindlichen Element ermöglicht. Wie eingangs erwähnt, besitzt das impulsbreitenmodulierte bzw. PWM-Signal ein Tastverhältnis, welches für die Luftdurchsatzmenge durch die Meßeinheit 9 repräsentativ ist.

Die Figuren 3 und 4 veranschaulicherjein vereinfachtes Blockschaltbild der Vorrichtung bzw. die verschiedenen, darin auftretenden Impulsreihen für Dauerbetrieb der Maschine, d. h. unter gleichbleibenden Bedingungen. Die

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verschiedenen, in Figur 4 und 5 mit A, B, C, S und I bezeichneten Impulsreihen treten an den mit den entsprechenden Buchstaben bezeichneten Verbindungen oder Verzweigungen von Figur 3 auf. Die als Block 9 dargestellte Meßeinheit liefert ein Ausgangssignal A, welches das impulsbreitenmodulierte Signal vom Wandler darstellt und einem Signalkonditionierer bzw. -aufbereiter 25 zugeführt wird, der seinerseits Ausgangsimpulsreihen B und C liefert, welche den Vorderflanken bzw. den Hinterflanken der Impulse" des Signals A entsprechen. Die Signale B und C werden e'inem Digitalprozessor 26 zugeleitet, in welchem sie zur Bestimmung der numerischen Größe des Tastverhältnisses (DRM) des Signals A herangezogen werden. Dies geschieht durch Zählung der Zahl von Taktimpulsen, die während der EIN-Periode N*- des Signals A auftreten sowie der Zahl der Taktimpulse, die während der Periode (N ) des Signals A anliegen. Die numerische Größe (DRM) wird durch Dividieren der ersten Zählung durch die zweite Zählung abgeleitet, d. h.

Nein= f_ol

^Np V DRM -

" ^Tc(n-1)/

Darin bedeuten

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T = Zeitdauer des Impulses entsprechend dem Beginn des EIN-Signals der Meßeinheit?

T = Zeitdauer des Impulses entsprechend der Beendigung des EIN-Signals der Meßeinheit;

f = Taktimpulsfrequenz des Prozessors.

Da die Zeitsteuer- bzw. Taktimpulse mit hoher Wiederholungsfrequenz (in der Größenordnung von 1 Mikrosec.) auftreten/ wird die gesamte Überwaehungsperiode durch ungefähr 2O K Taktimpulse und die BIN-Periode durch
eine entsprechend kleinere Anzahl dargestellt. Die
Wirkung besteht daher darin, daß die Datenbelegungsgenauigkeit eine^15 bit-Analog/Digital-Umwandlung äquivalent ist.

Die numerische Größe des Signals DRM wird im Speicher des Prozessors 26 gespeichert und nach Abschluß jeder Meßeinheit-Signalperiode, durch das Signal C angegeben, aktualisiert. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Periode des Meßeinheit-Signals A der Periode einer Umdrehung des Elements 21 der Meßeinheit 9
entspricht.

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Die die Maschinen-Zyklus-Position darstellenden Signale werden auf ähnliche Weise vom Prozessor 26 abgenommen und an dessen Eingang S angelegt. Obgleich diese Signale S auf verschiedene Weise von der Maschine abgenommen werden können, werden sie bei der dargestellten Ausführungsform von der Zündanlage der Maschine abgeleitet. Die numerische Größe der MaschinenzykIusperiode (n ,) wird durch Zählung der Zahl der Taktimpulse erhalten, die zwischen m Zündsignalen auftreten, d. h.

Darin bedeuten:

T , y = Zeit des Zündimpulses entsprechend dem Beginn des Maschinenzyklus bzw. Arbeitsspiels;

T , .= Zeit des Zündimpulses entsprechend dem Abschluß des Maschinenzyklus;

m = Zahl der Maschinenzylinder.

Am Ende jedes Maschinenzyklus wird die Größe bzw. der

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Wert der Proportionalitätskonstante K, bezogen auf das Tastverhältnis des Einspritzbetätigungssignals I gegenüber dem Tastverhältnis des Meßeinheit-Signals A, durch den Prozessor bestimmt. Dies kann unter Bezugnahme auf eine Nachschlagtabelle im Prozessor oder durch eine mathematische Funktion erfolgen.

Die numerische Größe des Tastverhältnisses (DRI) des Einspritzbetätigungssignals I wird durch Multiplikation der numerischen Größe für das letzte Tastverhältnis (DRM) des Meßeinheitssignals mit dem Faktor K im Digitalprozesser wie folgt abgeleitet:

DRI = K . DRM

Die Zahl der Taktimpulse entsprechen dem EIN-Abschnitt 29 des Einspritzbetätigungssignals I, nämlich ^Ν·_η·* wird im Prozessor durch Multiplizieren von DRI mit N-, wie folgt bestimmt:

N. . = DRI -. N τ
1Π3 cycl

Die Berechnung von N . ist vor dem nächsten Zündimpuls abgeschlossen. Nach dem nächsten Zündimpuls S geht das Einspritzbetätlgungssignal auf den Zustand EIN über.

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rf

Wenn die Zahl der Taktimpulse, die seit dem Einspritz-EIN-Signal 29 aufgetreten sind, gleich N. . ist, wird das Einspritzbetätigungssignal I auf den AUS-Zustand umgeschaltet, d. h.

^TlC_r - ^TlO_r - ^Ninj ^x f_ci

Darin bedeuten:

T_TO = Einsetzzeitpunkt des Einspritz-EIN-Signals; T_c =, Einsetzzeitpunkt des Einspritz-AUS-Signals.

Gemäß Figur 3 wird die Impulsreihe I vom Prozessor 26 zu einem Verstärker 27 geleitet, bevor sie über die Verbindung 28 zur Einspritzdüse bzw. zu den Einspritzdüsen geleitet wird. Der Meßeinheit kann dabei eine einzige Einspritzdüse bzw. -einheit nachgeschaltet sein; vorzugsweise sind jedoch getrennte, nicht dargestellte Einspritzdüsen für jeden Zylinder der Maschine vorgesehen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird jede Wächter-EIN-Periode, d. h. jeder Impuls des impulsbreitenmodulierten Signals, im Prozessor 26 mit der vorhergehenden EIN-Periode verglichen, und zwar entweder durch Subtraktion

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oder durch Division, wobei darin Daten zur Darstellung eines schnellen Anstiegs berechnet werden. Dieser Fall geht aus Figur 5 hervor, die einen dem Impulsreihensatz von Figur 4 ähnelnden Impulsreihensatz veranschaulicht, der jedoch auf einen schnellen Anstieg der Luftansaugmenge der Brennkraftmaschine zurückzuführen ist. Der Punkt des Einsetzens des Anstiegs ist in Figur 5 durch die strichpunktierte Linie X-X angedeutet. Wenn die Änderung eine vorbestimmte Größe übersteigt, werden ein oder mehrere weitere Einspritzimpulse ausgewählter Dauer vor dem nächsten, normal auftretenden EinspritzirnpuJ s zur Einspritzdüse bzw. zu den Einspritzdüsen geschickt, wodurch eine Beschleunigung-Übergangsanreicherung eingeführt wird. Der weitere oder zusätzliche Impuls 30 ist in der Impulsreihe I gemäß Figur 5 unmittelbar nach dem Auftreten des Anstiegs dargestellt. Auf ähnliche Weise vermag der Prozessor die Anliegezeit des Einspritzbetätigungssignals zu überwachen und alle Signale zur Einspritzdüse bzw. zu den Einspritzdüsen, die unter einer vorbestimmten Mindestperiode liegen, zu unterdrücken. Infolgedessen werden die Einspritzdüsen in einem Überlaufzustand, d.h. im Schiebebetrieb oder bei Überdrehzahl nicht betätigt, so daß KraftstoffVergeudung usw. vermieden werden. In einem solchen überlauf- oder auch Freilaufzustand der Maschine sind ersichtlicherweise die

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Luftdurchsatzmengen niedrig und die Maschinendrehzahl vergleichsweise hoch, so daß die Einspritzdüsen-Betätigungszeit sehr kurz ist. Die Bestimmung des Auftretens eines solchen Zustands ist daher einfach.

Im Betrieb setzt sich der Elektromotor 23 unmittelbar nach dem Anlassen, d. h. beim Einschalten der Zündanlage des Fahrzeugs in Drehung. Der Elektromotor und das ausgesparte Element 21 besitzen eine niedrige Rotationsträgheit, so daß sie die Betriebsdrehzahl (3.000 U/min) schnell erreichen (AnIaufperiode = 20 ms — 10 %). Der für diesen Zweck vorgesehene Motor 23 kann tatsächlich ein Motor in gedruckter Schaltung sein. Die Drehung der Brennkraftmaschine beginnt zu irgendeinem Zeitpunkt nach dem Anlassen, wobei der Prozessor bei jedesmaliger Betätigung der Maschinen-Zündanlage mit einem Impuls beschickt wird. Nach Eingang des 2. Zündkerzen-Zündsignals nach dem Anlassen wird ein Einspritz-EIN-Signal T. . mit. der Dauer

^Tin" *^ras* ^{= 60}° " ^{D R}

geliefert.

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Anmerkung:

^Tinj " ^TIC ^TIO

Die Bestimmung der Maschinenzyklusperiode soll unmittelbar nach Eingang des zweiten Zündkerzen-Zündimpulses einsetzen. Das Programm des Prozessors 26 muß eine Änderung der Größe m (Zahl der Maschinenzylinder) innerhalb eines vorgegebenen Zylinderzahlbereichs zulassen; bei der dargestellten Ausführungsform wird jedoch von sechs Zylindern ausgegangen.

Mit der Erfindung wird also eine Vorrichtung geschaffen, die eine höchstgenaue Umwandlung oder Umsetzung der mechanischen Verschiebung einer Luftdurchsatz-Meßeinheit in das richtige bzw. einwandfreie Einspritzbetätigungssignal gewährleistet, und zwar ohne die Notwendigkeit für hochpräzise und daher kostenaufwendige Bauteile. Hohe Genauigkeit und langfristige Stabilität des Taktsystems sind nicht erforderlich, weil die Zählstände ständig aktualisiert werden und die Dauer des Einspritzbetätigungssignals als Verhältnis dieser Zäh.istande bestimmt wird. Ebenso ist auch die Drehzahl des Elektromotors für den Antrieb des drehbaren Elements in der

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Meßeinheit nicht kritisch. Die schnelle Bestimmung von Zuständen entsprechend Zeitpunkten schneller Drosselklappenöffnung oder Maschinen-Überlaufbedingungen versetzt die erfindungsgemäße Regelvorrichtung in die Lage, ohne die Notwendigkeit für einen Drosselklappenstellungsschalter zufriedenstellend zu arbeiten»

Selbstverständlich sind zahlreiche Änderungen und Abwandlungen der vorstehend offenbarten Ausführungsform möglich. Ersichtlicherweise braucht der Wandler kein fotoelektr.i scher Wandler zu sein, da auch andere Einrichtungen, wie magnetisehe,Hall-Effekt oder Flügelschalt-Oszillatoren verwendet werden können. Anstelle des Kolbens 12 kann die Meßeinheit ein Flügel- bzw. Schmetterlingsventil verwenden, während anstelle des zylindrischen Elements 21 eine rotierende Scheibe mit einer zweckmäßigen Bohrung verwendet werden könnte. Wesentlich ist nur, daß die Meßeinheitein impulsbreitenmoduliertes Signal mit einem auf die Luftansaugmenge der Maschine bezogenem Tastverhältnis und einer Frequenz liefert, welches die erforderlichen Ansprechzeiten ermöglicht.

In Zusammenfassung wird mit der Erfindung also eine verbesserte Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung für eine

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Brennkraftmaschine geschaffen. Diese Vorrichtung umfaßt eine Meßeinheit zur kontinuierlichen Überwachung der Luftdurchsatzmenge zur Maschine und zur Lieferung eines impulsbreitenmodulierten bzw. PWM-Digitalsignals, dessen Tastverhältnis für die Luftdurchsatzmenge in jeder Überwachungsperiode repräsentativ ist. Die Überwachungsperiode ist dabei im wesentlichen konstant und nicht auf die Drehzahl der Maschine bzeogen. Das Tastverhältnis entspricht der EIN-Periode des impulsbreitenmodulierten Signals, dividiert durch die Gesamt-Überwachungsperiode. Ein weiter.es, die maschi nendrehzahl angebendes elektrisches Signal wird von der Fahrzeug-Zündanlage abgenommen, und die beiden Signale werden mittels eines Digital-Prozessors verarbeitet, der daraufhin einen Einspritzbetätigungsimpuls mit vorbestimmter Zeitsteuerung und Dauer für die jeweilige spezielle Luftdurchsatzmenge in jedem Maschinenzyklus bzw. Arbeitsspiel erzeugt. Mit dieser Vorrichtung wird die Verwendung von A/D-Wandlern vermieden, die auf diesem Einsatzgebiet normalerweise Digitalprozessoren zugeordnet sind, wobei diese Vorrichtung bei allen Maschinendrehzahlen eine hohe Ansprechgeschwindigkeit gewährleistet. Weiterhin ist eine Einrichtung für Kraftstoffanreicherung bei schneller Drosselklappenöffnung vorgesehen. Mit der Erfindung wird auch ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung oder Regelung

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einer elektromechanischen Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine geschaffen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

f 1.) Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung einer elektromechanischen Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine, bei welcher die Luftdurchsatzmenge zur Brennkraftmaschine kontinuierlich überwacht wird, um ein erstes elektrisches impulsbreiteranoduliertes bzw. PWM-Signal (A) mit einem für die Luftdurchsatzmenge repräsentativen Tastverhältnis zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal bei einer frequenz abgeleitet wird, die in Bezug auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine asynchron ist, daß ein zweites, die Maschinendrehzahl angebendes elektrisches Signal (S) erzeugt bzw. abgeleitet wird, daß die beiden Signale in einem Digitalprozessor unter Lieferung von elektrischen Einspritzbetätigungsimpulsen (I) vorbestimmt der Zeitsteuerung und Dauer entsprechend der jeweiligen Luftdurchsatzmenge und Maschinendrehzahl verarbeitet werden und daß die Einspritzbetätigungsimpulse zur Einspritzanlage gegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Prozessors die Tastverhältnisse des impulsbreitenmodulierten Signals fortlaufend verglichen und diese Impulse derart modifiziert werden,

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daß eine Kraftstoffanreicherung hervorgebracht wird, wenn die Änderung zwischen fortlaufenden bzw. aufeinanderfolgenden Tastverhältnissen eine vorbestimmte Größe übersteigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Prozessors etwaige Impulse unterdrückt werden, die eine kleinere als eine vorbestimmte Mindestperiode der Impulsdauer besitzen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Signalverarbeitung die Zahl der Digitalprozessor-Taktimpulse,die während der EIN- oder AUS-Periode des impulsbreitenmodulierten Signals in jedem Zyklus auftreten, und die Zahl der während jedes Gesamtzyklus bzw. Arbeitsspiels auftretenden Taktimpulse gezählt werden und zur Berechnung des Tastverhältnisses die einze Zählung durch die andere Zählung für jeden Zyklus dividiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Signalverarbeitung weiterhin das Tastverhältnis der Einspritzbetätigungsimpulse relativ zum Tastverhältnis des impulsbreitenmodulierten Signals modifiziert wird, so daß das Tastverhältnis der Ein-

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spritzbetatigungsimpulse zu einer linearen oder nichtlinearen Funktion des Tastverhältnisses des impulsbreitenmodulierten Signals wird.
6. Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Meßeinheit (9) zur kontinuierlichen Überwachung der Luftdurchsatzmenge zur Brennkraftmaschine zwecks Lieferung eines ersten elektrischen, impulsbreitenmodulierten bzw. PWM-Signals (A) mit einem für die Luftdurchsatz— menge Repräsentativen Tastverhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (A) eine in Bezug auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine asynchrone Frequenz besitzt, daß ein Digitalprozessor (26) zur Abnahme des impulsbreitenmodulierten Signals (A) und eines zweiten, die Maschinendrehzahl angebenden elektrischen Signals (S) vorgesehen ist und daß der Digitalprozessor die beiden elektrischen Signale zu verarbeiten und der Einspritzanlage elektrische Einspritzbetätigungsimpulse (I) mit vorbestimmter Zeitsteuerung und Dauer entsprechend der jeweiligen Luftdurchlaßmenge und Maschinendrehzahl zu liefern vermag.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalprozessor die Tastverhältnisse des

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impulsbreitenmodulierten Signals fortlaufend bzw. aufeinanderfolgend vergleicht und eine Modifikation der genannten Impulse unter Gewährleistung einer Kraftstoffanreicherung durchführt, wenn die Änderung zwischen aufeinander folgenden Tastverhältnissen eine vorbestimrate Größe übersteigt.
8. Voirichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalprozessor etwaige der Einspritzanlage zugeführte Impulse unterdrückt, deren Dauer unter einer vorbestimmten Mindestperiode liegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalprozessor das Tastverhältnis der Einspritzbetätigungsimpulse relativ zum Tastverhältnis des impulsbreitenmodulierten Signals so modifiziert, daß das Tastverhältnis der Einspritzbetätigungsimpulse zu einer linearen oder nicht-linearen Funktion des Tastverhältnisses des impulsbreitenmodulierten Signals wird.

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