DE2915927C2 - Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Mitteln zur Leistungsregelung - Google Patents

Description

a) eine als Zahnstange ausgebildete Kolbenstange (12), die auf Abtriebsritzel (14,14a, 23) einwirkt, von denen eines (14, \4a) über eine Freilaufkupplung (16, i6a) mit der Antriebswelle (42) und ein anderes (23) mit einem elektrischen Motor/Generator (24) verbunden sind, der mittels eines wechselweise arbeitenden und mit der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung (20) verbundenen Leistungsschalters (25) entweder als Startermotor zur erneuten Bewegung des Kolbens (9) in seinen unteren Totpunkt, wenn nach der ersten Kompression durch Einwirkung der kompressionsdruckspeichernden Einrichtung keine Zündung erfolgte, oder zur direkten elektronisch gesteuerten Beeinflussung des Kompressionsvorgangs als Motor durch Zufuhr von zusätzlicher veränderbarer Kompressionsenergie oder als Generator arbeitet,

b) einen Temperaturgeber (3) zur Messung der Temperatur im Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine als Steuergröße für die elektronische Regel- und Steuereinrichtung (20),

c) eine elektro-mechanische Halteeinrichtung (11) zum Festhalten des Kolbens (9) im unteren Totpunkt gegen den Druck der den Kompressionsdruck speichernden, als mechanischer Federspeicher oder pneumatischer Speicher ausgebil- deten Einrichtung und

d) einen Kolbenstellungsgeber (34) zur kontinuierlichen Messung der Position des Kolbens (9) als Steuergröße für die elektronische Regel- und Steuereinrichtung (20).

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kolben (9) abgewandte Endabschnitt der Kolbenstange (12) bei Ruhestellung des Kolbens (9) im unteren Totpunkt nach An- Ziehung von dem joch (17) eines Hubmagneten (18) der elektro-mechanischen Halteeinrichtung (11) mit einem mittels eines als Hubmagnet (22a)ausgebildeten Sperrmagneten betätigbaren Haltcgliedes (22) lösbar arretiert ist. t>5

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Lcistungssehalteinrichtung aus einem mit den Magnetwicklungen von Hubmagneten (4a. 5a) des Einlaßventils (S) und der Brennstoffeinlaßeinrichtung (4) und dem Hubmagneten (18) des Kolbens (9) verbundenen Schaltverstärker (32) sowie aus einem Leistungsschalter (25) zum Schalten des Motors/Generators (24), weiterhin des Gebläses (31), einer ölpumpe und einer Einspritzpumpe der Brennkraftmaschine besteht.

<-. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung des Kolbenstellungsgebers (34) der Wicklung des Hubmagneten (18) eine induktive Wechselslrombrücke zugeordnet ist, die über einen Verstärker und einen Signalwandler mit der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung (20) verbunden ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der KoI-benstellungsgebcr (34) und der Temperaturgeber (3) von einem Trägerfrequenzgenerator (35) mit Wechselspannung beaufschlagbar sind und daß über deren Verstärker ausgangsseitig analog gemessene Signale über jeweils einen Analog/Digitalwandler (36) an die elektronische Regel- und Steuereinrichtung (20) weiterleitbar sind.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufkupplung (16, \6a) als Klemmrollenfreilauf ausgebildet ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanischer Federspeicher mindestens eine Druckfeder (7) dient, die zwischen dem Boden des Arbeitszylinders (8) und der Unterseite des Kolbens (9) angeordnet ist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanischer Federspeicher mindestens eine direkt mit der Kolbenstange (12) verbundene Feder dient.

Die Ei findung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Mitteln zur Leistungsregelung, mit mindestens einem Arbeitszylinder, an dem kopfseitig mindestens ein elektronisch gesteuertes Einlaßventil für Luft oder Gemisch, eine elektronisch gesteuerte Brennstoff einlaßeinrichtung und eine elektronisch gesteuerte Zündeinrichtung angeordnet sind, wobei der Kolben des Arbeitszylinders mit einer zur Aufnahme der für den Kompressionshub notwendigen Kompressionsenergie dienenden, den Kompressionsdruck speichernden Einrichtung in Wirkverbindung steht und über Kraftüber tragungsmittel mit einer Antriebswelle verbunden ist. und weiterhin mit einer programmierbaren elektronischen Regel- und Steuereinrichtung mit Mikroprozessor, die über eine elektrische Leistungsschaheinrichtung mit der Brennstoffeinlaßeinrichtung und dem Einlaßventil in Wirkverbindung steht.

Eine derartige Hubkolben-Brennkraftmaschine ist bereits durch die DE-OS 26 12 961 bekannt. Diese vor bekannte Brennkraftmaschine arbeitet mit einem ge schlossenen Hydraulikkreis, der funktionell die bisher bei Kolbenmotoren üblichen Kurbelwellen ersetzt. Hierdurch wird der Einsatz einer weitgehend elektronischen Ablaufsteuerung unter dem Gesichtspunkt der Minimierung der eingesetzten Zylinderzahl und der teilwciscn Rückgewinnung der Hremsenergic bei weitgehendem Ersatz eines Getriebes ermöglicht. Diese bekannte Hubkolben-Brennkraftmaschine h;il jedoch den Nachteil einer relativ aufwendigen Hydraulik, die vor allem beim Bau von Brennkraftmaschinen kleiner Lei-

stungcn und groller Stockzahl, wie /_ B. von Fahr/.cugmotoren, die Produktion durch die Verwendung der hydraulischen Komponenten verteuert. Ferner ist dieser Brennkraftmaschine bei höheren Hub- oder Drehzahlen eine Grenze gesetzt, da der Wirkungsgrad mit höherer Flußgeschwindigkeit im Hydraulikfluid aufgrund der inneren Reibung abnimmt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die aus der DE-OS 2612 961 bekannte Hubkolben-Brennkraftmaschine hinsichtlich ihres spezifischen Baugewichts und Bauvolumens zu verkleinern und hinsichtlich ihres Wirkungsgrades zu verbessern.

Erfindungsgemä'3 ist die Lösung der Aufgabe gekennzeichnet durch

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a) eine als Zahnstange ausgebildete Kolbenstange, die auf Antriebsritzel einwirkt, von denen eines über eine Freilaufkupplung mit der Antriebswelle und ein anderes mit einem elektrischen Motor/Generator verbunden sind, der mittels eines wechselweise arbeitenden und mit der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung verbundenen Leistungsschalters entweder als Startermotor zur erneuten Bewegung des Kolbens in seinen unteren Totpunkt, wenn nach der ersten Kompression durch Einwirkung der kompressionsdruckspeichernden Einrichtung keine Zündung erfolgte, oder zur direkten elektronisch gesteuerten Beeinflussung des Kompressionsvorgangs als Motor durch Zufuhr von zusätzlicher veränderbarer Kompressionsenergie oder als Generator arbeitet,

b) einen Temperaturgeber zur Messung der Temperatur im Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine als Steuergröße für die elektronische Regel- und Steuereinrichtung,

c) eine elektro-mechanische Halteeinrichtung zum Festhalten dps Kolbens im unteren Totpunkt gegen den Druck der den Kompressionsdruck speichernden, als mechanischer Federspeicher oder pneumatischer Speicher ausgebildeten Einrichtung und

d) einen Kolbenstellungsgeber zur kontinuierlichen Messung der Position des Kolbens als Steuergröße für die elektronische Regel- und Steuereinrichtung.

Gezahnte Kolbenstangen, die mit Ritzeln kämmen und mit einem Freilauf in Wirkverbindung stehen, sind für sich durch die DE-PS 7 22 427 und die US-PS 18 10 130 bekannt. Gegenüber diesen rein mechanischen Ausbildungen werden nach der Erfindung die bekannten mechanischen Elemente funktional mit einer elektronischen Regel- und Steuereinrichtung verknüpft, wobei zusätzlich noch das eine Rii/el mit dem besonderen elektrischen Motor/Generator verbunden ist, de^r in seiner Funktion bisher unbekannt war.

Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Arbeitszylinder einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zugehörigen elektromechanischen t>o Einrichtungen in einer sclicmatischcn Seitenansicht,

Fig. 2 eine weitere Darstellung des Arbeitszylinder^ nach Fig.l im Ausschnilt mit Kraftübertragungseinrichtungen in einer schemaiischen Seitenansicht.

Fig. 3 eine Zweizylinder-Hi.ibkolben-Brennkraftma- b5 schine in einer Ansicht von unten im Schnitt,

F i g. 4 einen Schaltplan der elektrischen Hinrichtung für die Brennkraftmaschine.

Fig.5a den Schallplan eines Kolbenstellungsgebers und eines Temperaturgebers für die Brennkraftmaschine,

F i 2· 5b die Verbindung von Zündspule und Zündverstärker in einer schematischen Ansicht,

F i g. 6 ein Blockschaltbild der elektronischen Steuereinheit der Brennkraftmaschine,

F i g. 7 das Schaltbild eines der elektronischen Steuereinheit zugeordneten Mikroprozessors,

F i g. 8 das Flußdiadramm des Brennkraftmaschinen-Startprogramms,

F i g. 9 das Flußdiagramm des Brennkraftmaschinen-Kompressionsprogramms,

Fig. 10 das Flußdiagramm des Brennkraftmaschinen Arbeitshubprogramms.

In F i g. 1 ist der Aufbau des Verbrennungsteiles und der Elektromechanik der Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 schematisch am Beispiel eines Arbeitszylinders 1 mit Kolben 9 dargestellt. Hierbei ist die mechanisch sehr einfache Form eines direkt eingespritzten Motors mit Gleichstromspülung (Fremdspülung) durch das Gebläse 31 durch das Einlaßventil 5 und den Auslaßschlitz 2a gewählt. Es ist jedoch für diesen Motor auch der Einsatz von Ein- und Auslaßventilen sowie der Einsatz einer Vergaseranlage anstelle der elektronischen Brennstoffeinlaßeinrichtung 4 möglich. Dennoch stellt d>e direkt einspritzende Brennkraftmaschine mit Einlaßventil 5 und Auslaßschlitzen 2a eine mechanisch sehr einfache Form einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit gutem Wirkungsgrad dar.

Die Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 besteht aus einem oder mehreren Zylindern 1,1a mit dem elektronisch steuerbaren Einlaßventil 5, der elektronischen Brennstoffeinlaßeinrichtung 4, einer elektronischen Zündeinrichtung 6 und Temperaturgebern 3 für die Zylinderwandungs- und damit Verbrennungsraumtemperatur. Der Zylinder 1 besitzt oberhalb der unteren Stellung des in ihm befindlichen beweglichen Kolbens 9 die freiliegenden Auslaßschlitze 2a. Der Kolben 9 ist auf seiner Unterseite gegen eine auf der Zylinderseite 8 angeordnete Druckfeder 7 abgestützt, die zur Aufnahme der für den Kompressionshub notwendigen Kompressionsenergie dient. Die mit dem Kolben 9 starr verbundene Kolbenstange 12 ist beidseitig als Zahnstange 12a ausgebildet und wird zwischen Abtriebsritzeln 14, 23 geführt. Am unteren Endabschnitt der Kolbenstange 12 befindet sich als Teil einer elektro-mechanischen Halteeinrichtung 11 das Joch 17 für den Hubmagneten 18. Dieser hat bei Einschaltung die Aufgabe, den Kolben 9 gegen den Druck der Druckfeder 7 in der unteren Position zu halten. Ein als Sperrmagnet ausgebildetes Halteglied 22 deint dazu, bei Abschaltung der Hubkolben-Brennkraftmaschine den Kolben 9 ständig gegen den Druck der Druckfeder 7 zu halten. Ferner ist in F i g. 1 schematisch das für die Fremdspülung eingesetzte elektromotorische Gebläse 31 dargestellt.

Wie in F i g. 2 abgebildet, ist das Abtriebsritzel 23 mit dem elektrischen Motor/Generator 24 und das Abtriebsritzel 14 mit der Abtriebswelle 15 verbunden.

In F i g. 3 ist ein Querschnitt durch das Gehäuse einer Hubkolben-Brennkraftmaschine lOj mit zwei Zylindern 1, Xa ^Hargestellt. Die Abtriebswelle 15 und die Antriebswelle 42 stehen mit den in den Arbeitszylindern 1, la befindlichen Kolben 9 über die Ritzel 14, 14a in Wirkverbindung. Für jeden der beiden Zylinder 1, la ist je ein in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneter elektrischer Motor/Generator 24 vorgesehen, der aufgrund einer wechselweise arbeitenden, hier nicht näher daree-

stellten Leistungsschalterelektronik als Startermolor zur Bewegung des Kolbens 9 in die Kompressionsstellung oder als Generator beim Arbeitshub der Hubkolben-Brennkraftmaschine 10, 10a, eingesetzt werden kann. Zwei auf der Abtriebswelle 15,15a den jeweiligen Zylindern 1, la zugeordnete Freilaufkupplungen 16,16.·? ermöglichen die Mitnahme der Abtriebswelle 15, 15;/ bei eintretendem Arbeitshub und geben die Abtriebswelle 15,15a bei gegenläufiger Kompressionsbewegung frei.

In Fig.4 ist der elektronische Teil der Hubkolben-Brennkraftmaschine 10, 10a mit elektromechanischen! Arbeitskreis dargestellt. Er besteht im wesentlichen aus einem Schaltverstärker 32 für die Magnetwicklungen der Einlaßventile 5 und Hubmagneten 5a, 4a. 22,-/, iS der Zylinder I, la, der von der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung 20 über den Anschluß 64 mit den Betätigungsbefehlen für die betreffenden Steuerteile versorgt wird.

Ferner ist ein Leistungsschalter 25 vorhanden, der seinerseits die Umschaltung des elektrischen Motor/ Generators 24 für die Zylinder 1, la von Generator- auf Motorbetrieb und umgekehrt bewirkt. Der Leistungsschalter 25 schaltet weiterhin die Elektromotoren für das Gebläse 31, die ölpumpe 30 und die Einspritzpumpe ein oder aus. Dies geschieht durch von der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung 20 herrührende Steuerbefehle, die über den Anschluß 63 in den Leistungsschalter 25 eingegeben werden. Die hier verwendeten Motor/Generatoren 24 können beispielsweise Gleichstromaggregate sein, die entweder von einer gemeinsamen Starterbatterie 46 betrieben werden oder aber diese aufladen. Die Motoren für das Gebläse 31, die ölpumpe 30 und die Einspritzpumpe können ebenfalls als Gleichstrommotoren ausgeführt sein.

In Fig. 5a ist der Kolbenstellungsgeber 34, der Temperaturgeber 3 und in Fig.5b die Zündeinrichtung 6 dargestellt Der Kolbenstellungsgeber 34 und der Temperaturgeber 3 werden von einem Trägerfrequenz-Generator 35 mit Wechselspannung betrieben. Ihre Signale werden analog gemessen und über einen Analog-Digitalwandler 36 über die Anschlüsse 65,66 an den Mikroprozessor 20a der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung 20 weitergeleitet. Als Kolbenstellungsgeber 34 wird hierbei die Wicklung des Hubmagneten 18 im Rahmen einer induktiven Wechselstrommeßbrücke eingesetzt. Der Zündverstärker 6a empfängt von dem Mikroprozessor 20a der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung 20 ausgehend über den Anschluß 67 die Zündimpulse, verstärkt diese und leitet sie über den Ausgang 68 der Zündspule 60 an die Zündkerze 6c des jeweiligen Zylinders 1, la.

Die elektronische Regel- und Steuereinrichtung 20 (F i g. 6) wird über einen Startschalter 37 ein- oder ausgeschaltet und steuert alle für den Betrieb der Brennkraftmaschine 10, 10a wesentlichen Funktionen für die Arbeitszylinder 1, la. Ein Betriebsartenschalter 40 ermöglicht hierbei die Wahl verschiedener Beschleunigungsfunktionen sowie die Angabe über den eingesetzten Kraftstoff und die gewünschte Betriebsart, beispielsweise Otto- oder Dieselbetrieb. Der Mikroprozessor 20a steht hierbei mit einer Anzeigeeinheit 51 in Verbindung, die neben den Eingabedaten über die gewünschte Beschleunigung, Kraftstoffart und über Diesel- oder Ottobetrieb die vom Hub- oder Drehzahlgeber 49 vorgegebenen Solldreh- oder Sollhubzahlen anzeigt Ferner werden zusätzliche Daten wie zeitlich verbrauchte Kraftstoffmengen und bei Einsatz der Brennkraftmaschine 10, 10a in Fahrzeugen erreichte Fahrgeschwindigkeit, Drehmoment, Motortemperatur und/oder öltemperatur durch öllemperaturgeber 50 zur Anzeige gebracht. Weitere Informationen wie z. B. Kraftstoffvorrat, Ölverbrauch bzw. ölvorrat und evtl. Wartungsdaten können ebenfalls dargestellt werden. Kin Lagesensor 48 informiert den Mikroprozessor 20,·? bei Fahrzeugeinsatz darüber, ob sich das Fahrzeug in horizontaler, Berg- oder Tallage befindet. Daraus resultierend wird es ermöglicht, ein optimales Anfuhrmoment zu bestimmen. Der Zündversiärkcr 6.?, der Leistungsschalter 25 und der Schaltverstärker 32 werden bei Betrieb mit den adressierten Steuersignalen des Mikroprozessors 20a versorgt. Diese Einheilen sind jeweils einem Zylinder i, i.7zugeordnet.

Der innere Aufbau des in der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung 20 verwendeten Mikroprozessors 20a ist in Fig. 7 dargestellt. Er steht über einen Zweiweg-Datenbus 52 als Interface mit den nachgeschalteten Einheiten in Verbindung. Für die Adressierung ist ein Adreßbus 53 eingesetzt. Ein interner 8-Bit-Datenbus 56 übernimmt den Datenverkehr zwischen den einzelnen Komponenten wie z. B. Registern 58 und Akkumulatoren 60, arithmetischer Logikeinheit 59 usw.

Der gesamte periphere Datenverkehr wird über den Zweiwege-Datenbus 52 abgewickelt. Der Datenbus 52 wird zyklisch von der Zeit- und Steuereinheit 54 gesteuert und hängt über den Datenbus-Puffer 55 und die Verriegelung am internen Datenbus 56 des Mikroprozessors 20a. Der zugehörige Adreßbus 53 wird für die periphere Adressierung vom Adreßpuffcr 57 von Zeit- und Steuereinheit 54 über die Adreßverricgelung betrieben. Das Kernstück des Mikroprozessors 20a biidei die Zeit- und Steuereinheit 54, die die arithmetische Logikeinheit 59, den dezimalen Abgleich 62. den Speicher und die Registeranordnung zyklisch steuert. Die intern abgespeicherte Befehlsstruktur des Mikroprozessors 20a ist in der Registeranordnung festgelegt und abgespeichert. Die arithmetische Logikeinheit 59 arbeitet über den Akkumulator 60 als Zwischenspeicher über den internen Datenbus 56 mit der Registeranordnung zusammen. Aus der Registeranordnung empfängt sie die Programmablaufstruktur und bearbeitet die vorliegenden Arbeitsbefehle.

Die in dem Mikroprozessor 20a abgespeicherten Programmabläufe sind in den Flußdiagrammen gemäß den Fig.8 bis 10 dargestellt. Der Programmabiauf gliedert sich in die drei Teilprogramme Motor-Startprogramm, Motor-Kompressionsprogramm und Motor-Arbeitshubprogramm. Die Programme sind hierbei so aufgebaut, daß sie zyklisch nach den Eingabedaten und Vorgabewerten den Arbeitsablauf der Zylinder 1,1a aufeinander abstimmen und Motorleistung sowie Hub- oder Drehzahl auf die gewünschten Solldaten hinsteuern.

Im folgenden wird anhand einer Ablaufbeschreibung dargestellt, wie die elektronisch gesteuerte Brennkraftmaschine 10,10a mit elektromechanischen! Arbeitskreis innerhalb der verschiedenen Ablaufphasen arbeitet und mit Hilfe der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung 20 mit optimalem Wirkungsgrad koordiniert und gesteuert wird.

Im Speicher des Mikroprozessors 20a der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung 20 sind die vorgegebenen Betriebsdaten festgelegt Diese Betriebsdaten bestehen aus den tabellarisch aufgespeicherten Werten für verschiedene Drehzahl-Drehmomentcharakteristiken und den zugehörigen Kraftstoffverbrauchsmengen. Diese Werte entsprechen mehreren vorgegebenen Kur-

ven, die einerseits dem jeweils höchsten Leistungsverhallen, also somit dem höchsten Beschleunigungsverhalten entsprechen und daher die oberste Leistungs-Kraftstoffverbrauchsgrenze darstellen. Andererseits entspricht die unterste Kurve einem mäßigen Beschleunigungsverhalten bei minimiertem Kraftstoffverbrauch. Weitere Parameter für die Aufbereitung des Kraftstoffgemisches und die Sicherung der Anlaufzündwilligkeit sind die öl- und Zylinderwandtemperatur, die über die entsprechenden Sensoren der öltemperaturgeber 50 und Temperaturgeber 3 die Gemischbildung des kalten und des betriebswarmen Motors optimieren. Im Fahrzeugeinsatz informiert der elektronische Lagesensor 48 über die notwendigen Mindestanfahrmomente bei Berg-, Tal- oder Horizontalfahrt. Der Betriebsartenschalter 40 informiert den Mikroprozessor 20a über die Betriebsart Otto- oder Dieselbetrieb sowie über die Art des eingesetzten Kraftstoffes. Der Hub- oder Drehzahlgeber 49 dient hierbei als Sollvorgabe für die im Betrieb zu erreichende Drehzahl. Er kann jedoch im Fahrzeugbetrieb auch als Fahrgeschwindigkeitsgeber eingesetzt werden.

Die Hubkolben-Brennkraftmaschine TO, 10a ist durch die Möglichkeit, ohne Getriebe unter Last anzufahren, in der Lage, auf die beim Kurbelwellenaggregat notwendige Leerlaufdrehzahl zu verzichten. Nach Einschalten des Startschalters 37 ist die Brennkraftmaschine 10, 10a betriebsbereit geschaltet. Hierzu werden gemäß Startprogramm nach Fig.8 das Gebläse 31, die ölpumpe 30 und die Brennstoffeinlaßeinrichtung 4 eingeschaltet. Ferner werden das als Sperrmagnet dienende Halteglied 22 und der Hubmagnet 18 eingeschaltet und in Haltestellung gebracht. Sollte sich aus bestimmten Gründen, z. B. nicht erfolgter vorhergehender Zündung, der Kolben 9 nicht in der unteren Stellung befinden, wird er durch Einschalten des elektrischen Motor/ Generators 24 und des Hubmagneten 18 in die untere Position gebracht. Nunmehr kann in der Brennkraftmaschine 10, 10a das Kompressionsprogramm gemäß F i g. 9 ablaufen.

Mit der Einschaltung der Magnetwicklung des Hubmagneten 5a wird das zugehörige Einlaßventil 5 geöffnet, und der Zylinderraum wird mit Frischluft durchspült. Aus den Vorgabewerten des Speichers des Mikroprozessors 20a wird ausgehend vom vorgegebenen Drehmoment sowie der Motortemperatur und der Ladeluftmenge, die aus Ladedruck und verfügbarem Zylindervolumen bestimmt wird, die notwendige Einspritzmenge ermittelt und der Einspritzzeitpunkt festgelegt. Aus der vorgegebenen Betriebsart — Otto- oder Dieseibetrieb — wird der Einsatzzeitpunkt der Fremd- oder Eigenzündung ermittelt. Die hierdurch ermittelten Werte werden durch Speicherausgabe zur Verfügung gestellt. Durch Einschalten des Druckölventils wird über die ölpumpe 30 die ölschmiernut des Kolbens 9 mit Schmieröl versorgt. Mit dem Abschalten des Hubmagneten 18 und des Druckölventils beginnt der eigentliche Kompressionsvorgang. Dies geschieht dadurch, daß die in der Druckfeder 7 gespeicherte Energie den Kolben 9 in die Kompressionsstellung bringt. Der Hubmagnet 18, der gleichzeitig mit seiner Wicklung als Kolbenstellungsgeber 34 in eine Wheatston'sche Wechselstrommeßbrücke geschähet ist, dient hierbei als KoI-benstellungsmeßsensor. Dieser verändert seinen Wechselstromwiderstand in Abhängigkeit der von der Kolbenstellung abhängigen Luftspaltgröße zwischen Magnetkern und Joch und erzeugt somit eine veränderliche Wechselspannung. Zu jeder Kolbenstellung gehört eine entsprechende Höhe der Eigangswechselspannung am Verstärker und Analog-Digitalwandler 36 nach F i g. 5a. Somit ist der Mikroprozessor 20a der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung 20 in der Lage, während des Kompressionsvorganges und des Arbeitshubes die Bewegung des Kolbens 9 im Zylinder 1, la zu erfassen. Es können hier jedoch auch andere Kolbenwegerfassungsverfahren wie z. B. Gleichstromwiderstandsmessung, magnetische, optische oder hochfrequente Ab-Standsmeßverfahren alternativ verwendet werden.

Der Mikroprozessor 20a ist seinerseits nunmehr in der Lage, den richtigen Einspritzzeitpunkt und den optimalen Zündzeitpunkt entsprechend den Vorgabedaten zu bestimmen. Dies geschieht durch Einschalten und Abschalten der Brennstoffeinlaßeinrichtung 4 sowie der Zündeinrichtung 6 bei Fremdzündung. Ob die Brennkraftmaschine 10,10a gezündet hat und den Arbeitshub beginnt, erkennt die elektronische Regel- und Steuereinrichtung 20 an der Umkehrung des Bewegungsvorganges des Kolbens 9 für den Kolbenstellungsgeber 34. Sollte keine Zündung erreicht werden, so kann der Motor/Generator 24 den Kolben 9 in die Startstellung zurückbringen, von wo aus ein erneuter Start- und Kompressionsvorgang erfolgen kann. Der Beginn des Arbeitshubes, gekennzeichnet durch die Umkehrung der Kolbenbewegung nach der Zündung, dient gleichzeitig für die Bestimmung des Startvorganges für den weiteren Zylinder la, dessen Arbeitshubbeginn wieder im Anschluß hieran das Arbeitshubprogramm für den ersten Zylinder auslöst. Auf diese Weise arbeiten beide Zylinder 1, la durch den Programmablauf des Mikroprozessors 20a der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung 20 miteinander auf ein und dieselbe Antriebswelle 42. Es ist auch denkbar, zur Leistungssteigerung weitere Zylinder in diesem Programmablauf entweder parallel oder nacheinander zu verknüpfen. Als letzter Schritt des Arbeitshubprogramms ist das automatisch erfolgende Auslassen der heißen Abgase durch die Auslaßschlitze 2a vorgesehen.

Die spezifische Wirkungsweise der elektronischen Regel- und Steuereinrichtung 20 gemäß F i g. 6 und 7 in Verbindung mit dem Leistungsschalter 25 und dem Schaltverstärker 32 gemäß F i g. 4 ist wie folgt: Der in Fig.7 dargestellte handelsübliche Mikroprozessor 20a ist eine Einheit, die eine Wortlänge von 8 Bit benutzt. Das Register 58 stellt dabei den internen Speicher des Mikroprozessors 20a dar. Ein externer PROM-Speicher dient als Programmspeicher 61 des Mikroprozessors 20a. Die arithmetische Logikeinheit 59 ist der eigentliehe Rechnerteil, und die Zeit- und Steuereinheit 54 stellt die Zeitbasis und die Ablaufsteuerung dar. Der Zweiwege-Datenbus 53 sowie der Adreßbus 53 sind die Schnittstellen zu den peripheren Einheiten wie z. B. Schaltverstärker 32, Leistungsschalter 25 und Programmspeicher

61. Ober diesen Datenbus 53 werden alle Eingabedaten adressiert abgefragt und in das Register 58 eingeiesen. Der Analog-Digitalwandler 36 gemäß Fig.5a und der Lagesensor 48 arbeiten direkt auf diesen Datenbus 53. Ferner werden von hier die Anzeigeeinheit 51 sowie

bo auch der Zündverstärker 6a gemäß F i g. 5b angesteuert Die als Flußdiagramm in den Fi g. 7 bis 10 dargestellten Ablaufprogramme werden mit Hilfe des mikroprozessoreigenen Mikroprogramms und der damit verbundenen Befehlsstruktur in den Programmspeicher 61 des Mikroprozessors 20a eingegeben und ermöglichen somit die direkte Umsetzung des Ablaufsteuerprogramms für die Hubkolben-Brennkraftmaschine 10, 10a in die zugehörigen Steuersignale der elektronischen Regel-

und Steuereinrichtung 20, wie in der F i g. 6 dargestellt.
Der Schaltverstärker 32 hat hierbei die Aufgabe, die von
dem Mikroprozessor 20a über den Datenbus 56 herkommenden adressierten digitalen Steuerbefehle zu decodieren und in entsprechende Gleichstromschaltsigna- 5 Ie für die Hubmagnete 5a, 4a, 22a, 18 umzusetzen.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

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& jo

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Mitteln zur Leistungsregelung mit mindestens einem Arbeitszy- s linder, an dem kopfseitig mindestens ein elektronisch gesteuertes Einlaßventil für Luft oder Gemisch, eine elektronisch gesteuerte Brennstoffeinlaßeinrichtung und eine elektronisch gesteuerte Zündeinrichtung angeordnet sind, wobei der Kolben des Arbeitszylin- to ders mit einer zur Aufnahme der für den Kompressionshub notwendigen Kompressionsenergie dienenden, den Kompressionsdruck speichernden Einrichtung in Wirkverbindung steht und über Kraftübenragungsmittel mit einer Antriebswelle verbun- den ist, und weiterhin mit einer programmierbaren elektronischen Regel- und Steuereinrichtung mit Mikroprozessor, die Ober eine elektrische Leistungsschalteinrichtung mit der Brennstoffeinlaßeinrichtung und dem Einlaßventil in Wirkverbindung steht, gekennzeichnet durch