DE2211335A1 - Elektrisch gesteuerte kraftstoffeinspritzanlage fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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14.2.1972 Lr/Dr

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1

Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte, vorzugsweise intermittierend arbeitende Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einem elektrischen Steuergerät für mindestens ein elektromagnetisches, die Einspritzmenge bestimmendes Einspritzventil und mit einem Luftmengenmesser, der einen im Ansaugluftstrom der Brennkraftmaschine angeordneten, temperaturabhängigen Widerstand enthält, der von einem Heizstrom durchflossen wird.

Bei bekannten Einspritzanlagen dieser. Art wird der im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine angeordnete, temperaturabhängige Widerstand dadurch fremd beheizt, daß in seiner

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'' --■· il'l Wärmemenge auf den Widerstand überträgt, wobei der in dieser Weise aufgeheizte Widerstand umso stärker abgekühlt wird und dabei seine elektrische Leitfähigkeit umso mehr ändert, je größer die Ansaugluftmenge ist. Um diese Änderungen⁵ zur Steuerung der öffnungsdauer* des oder der Einspritzventile verwenden zu können, ist bei der bekannten Anlage der temperaturabhängige Widerstand in einer Meßbrückenschältung angeordnet und erzeugt in einem Diagonalzweig der Brücke eine mit der Ansaugluftmenge anwachsende Spannung. Die Diagonalspannung wird bei der bekannten Anlage zur Steuerung der Kippdauer eines mit sich gegenseitig sperrenden Transistoren ausgerüsteten Multivibrators verwendet, der zum öffnen des oder der Ventile dienende Impulse liefert.

Wenn die am temperaturabhängigen Widerstand wirksame Wärme durch einen getrennten Heizwiderstand erzeugt wird, gehen in die Genauigkeit der Luftmengenmessung alle Änderungen der für den Heizwiderstand vorgesehenen Betriebsspannung ein. Eine wesentlich größere Genauigkeit kann man erreichen, wenn erfindungsgemäß ein den Heizstrom liefernder Regler vorgesehen ist, der den Widerstand auf wenigstens annähernd konstanter Temperatur hält und wenn außerdem eine vom Heizstrom gesteuerte Quadrierschaltung vorgesehen ist, deren Ausgangsspannung linear mit der Ansaugluftmenge ansteigt und als Steuergröße für die Einspritzmenge dient.

Der für die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur am temperaturabhängigen Widerstand erforderliche Heizstrom Jh bzw. eine zu diesem proportionale Sondenspannüng Us hängt mit der vierten Wurzel aus der Ansaugluftmerige Q

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folgendermaßen zusammen:

Jh^ US = I k₁ + k₂ I Q (1)

Da die bei einem Ansaughub in einen der Zylinder der Brennkraftmaschine gelangende Ansaugluftmenge diejenige Kraftstoffmenge bestimmt, welche in einem nachfolgenden Arbeitstakt rückstandfrei verbrennt werden kann und zur Erzielung der vollen Leistung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, soll mit Hilfe der oben angegebenen Quadrierschaltung eine Steuerspannung für das Steuergerät d er Einspritzanlage erzeugt werden, welche zu der jeweiligen Ansaugluftmenge Q im linearen Zusammenhang steht.

Das angestrebte Ziel kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß mit Hilfe eines vom Heizstrom durchflossenen Sonden-Widerstandes eine zum Heizstrom proportionale Sondenspannung erzeugt und daß eine Differenzspannung gegenüber derjenigen Anfangsspannung gebildet wird, die am Sonden-Widerstand bei stillstehender Brennkraftmaschine, jedoch konstant gehaltenem Temperaturwert des temperaturabhängigen Widerstandes vom Regler eingestellt wird, und daß diese Differenzspannung als Steuerspannung für die Quadrierschaltung verwendet wird. Vorteilhaft kann die Quadrierschaltung einen Oszillator zur Erzeugung rechteckförmiger Hilfsimpulse enthalten, wobei von den charakteristischen Größen der Hilfsimpulse, nämlich deren Frequenz, Impulsdauer und Amplitude zwei Größen in Abhängigkeit vom. Heizstrom oder von einer zum Heizstrom proportionalen Spannung veränderbar sind, wohingegen die dritte Größe konstant gehalten wird, und daß die Hilfsimpulse zur Bildung der Ausgangsspannung über einen Gleichrichter einem Integrierglied zugeführt werden. Eine andere Möglichkeit,

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besteht darin, die Quadrierung mit Hilfe einer Sägezahnspannung durchzuführen, bei welcher sowohl die Periodendauer als auch die Steigung der Sägezahnspannung in Abhängigkeit von der zu quadrierenden Differenzspannung verändert wird. Im einzelnen kann die Quadrierschaltung einen Speicherkondensator enthalten, der während einer von der. Differenzspannung abhängigen Lade- Zeitdauer mit einem ebenfalls von der Differenzspannung abhängigem Strom geladen, im geladenen Zustand für eine festgelegte kurze Haltezeit gehalten und nach eine'r anschließenden, festgelegten Entladezeit erneut geladen wird. Zweckmäßig kann ein weiterer Speicherkondensator vorgesehen sein, dessen Spannung periodisch während der Haltezeit mit der jeweiligen Spannung des ersten Speicherkondensators verglichen und dabei mit dieser auf gleiche Höhe gebracht wird.

Eine weitere Verbesserung kann dadurch erzielt werden, daß ein Schwellwert für die Sondenspannung vorgesehen wird, unterhalb welchem die in der Quadrierschaltung wirksame Steuerspannung eine andere, vorzugsweise lineare Abhängigkeit von der Differenzspannung hat als oberhalb dieses Wertes. Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine mit einem Luftmengenmesser arbeitende Benzineinspritzanlage in einem Übersichtsbild und in teilweise schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Kennlinie zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen dem Heizstrom des Luftmengenmessers und der Ansaugluftmenge,

Fig. 3 ein Schaltbild einer in der Anlage nach Fig. 1 verwendeten Quadrierschaltung,

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Pig. M ein Zeitschaubild für mehrere, sich in der Quadrierschaltung nach Fig. 3 abspielende elektrische . Vorgänge,

Fig. 5 eine abgewandelte Quadrierschaltung, die im Gegensatz zur Schaltung nach Fig. 3 statt rechteckförmiger Hilfsimpulse solche von sägezahnförmiger Gestalt erzeugt,

Fig. 6 ein Zeitschaubild für die von der Quadrierschaltung nach Fig. 5 erzeugten Hilfsimpulse,

Fig. 7 ein Schaubild für eine verbesserte Näherungskurve,

Fig. 8a ein Schaubild der für die verbesserte Näherungskurve vorgesehenen Teilfunktion und

Fig. 8b eine Abwandlung einer solchen Teilfunktion,

Fig. 9 eine Quadrierschaltung, die ähnlich wie diejenige nach Fig. 5 aufgebaut, jedoch durch eine einen Kennlinienverlauf nach Fig. 8a ergebende Schwellwertstufe ergänzt ist,

Fig.10 eine andere Quadrierschaltung, die wie diejenige nach Fig. 3 aufgebaut und durch eine mit stark ausgezogenen Linien angedeutete Schwellwertstufe ergänzt ist.

Die dargestellte Benzineinspritzanlage ist zum Betrieb einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine IO bestimmt und umfaßt als wesentliche Bestandteile vier elektromagnetisch betätigbare Einspritzventile 11, denen aus einem Verteiler 12 über je eine Rohrleitung 13 der einzuspritzende Kraftstoff zugeführt wird, eine elektromotorisch angetriebene Kraftstoff örderpumpe 15, einen Druckregler 16,. der den Kraftstoffdruck auf einen konstanten Wert regelt, sowie eine im folgenden näher beschriebene elektronische Steuereinrichtung, die durch einen mit der Nockenwelle 17 der Brennkraftmaschine gekuppelten Signalgeber 18 bei jeder Nockenwellenumdrehung zwei-

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■mal ausgelöst wird und dann je einen rechteckförmigen, elektrischen Öffnungsimpuls S für die Einspritzventile 11, ., liefert. Die in der Zeichnung angedeutete zeitliche Dauer ti der Öffnungsimpulse bestimmt d 3e öffnungsdauer der Einspritzventile und demzufolge diejenige Kraftstoffmenge, welche während eines Einspritzvorgangs aus dem Innenraum der unter einem praktisch konstanten Kraftstoffdruck von 2 atü stehenden Einspritzventile 11 austritt. Die Magnetwicklungen 19 der Einspritzventile sind zu je einem Entkopplungswiderstand 20 in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame Verstärkungs- und Leistungsstufe angeschlossen, die wenigstens einen bei 22 angedeuteten Leistungstransißtor enthält, welcher mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit den Entkopplungswiderständen 20 und den einseitig an Masse angeschlossenen Magnetwicklungen 19 angeordnet ist.

Bei gemischverdichtenden, mit Pr endzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen der dargestellten Art wird durch die bei einem einzelnen Ansaughub in einen Zylinder gelangende Ansaugluftmenge diejenige Kraftstoffmenge festgelegt, die während des nachfolgenden Arbeitstaktes vollständig verbrannt werden kann. Für eine gute Ausnutzung der Brennkraftmaschine ist es außerdem notwendig, daß nach dem Arbeitstakt kein wesentlicher Luftüberschuß vorhanden ist. Um das gewünschte stöchiometrische verhältnis zwischen Ansaugluft und Kraftstoff zu erzielen, ist im Ansaugrohr 25 der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung hinter deren Filter 26 und vor ihrer mit einem Gaspedal 27 verstellbaren Drosselklappe 28 ein temperaturabhängiger, von einem Heizstrom Jh durchflcssener Widerstand 30 vorgesehen. Der Widerstand 30 ist aus einem dünnen Draht gewickelt, welcher aus Platin besteht und einen Widerstands-Temperaturkoeffizienten *6 von 3_f9 ' IQ^/grd hat. Er erwärmt sich unter dem Einfluß des ihn durchfließenden Heizstromes Jh

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und wird von dem im Ansaugrohr 25 fließenden, durch einen Pfeil 32 angedeuteten Ansaugluftstrom um so stärker abgekühlt, je größer die Strömungsgeschwindigkeit des Ansaugluftstromes ist und je größer demzufolge die in der Zeiteinheit angesaugte Luftmenge Q ist.

Um möglichst stabile und von äußeren Bedingungen, beispielsweise

von der jeweiligen Ladung der mit der Brennkraftmaschine 10 zusammenarbeitenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Batterie unabhängige Verhältnisse zu bekommen, ist der temperaturabhängige Widerstand 30 als eines von vier Brückengliedern in einer Widerstandsbrücke angeordnet, deren übrige drei Widerstände 33»34 und 35 weitgehend temperaturunabhängig und außerhalb des Ansaugluftkanals angeordnet sind. An die Diagonale dieser Brücke ist der Eingang eines Regelverstärkers R angeschlossen, welcher den Heizstrom Jh liefert und hierzu an der anderen Brückendiagonale eine Betriebsspannung bereitstellt, die um so. größer wird, je größer das durch Abkühlung des temperaturabhängigen Widerstands 30 verursachte Brücken-Ungleichgewicht ist. Pur den Fall, daß die Brennkraftmaschine steht und demzufolge die Ansaugluftmenge den Wert Null hat, ist der Regler R so eingestellt, daß er d ei in Fig. 2 mit Jo angedeuteten Anfangswert des Heizstromes und damit eine bestimmte Betriebstemperatur des Drahtes ergibt. Mit zunehmender Ansaugluftmenge Q muß der Heizstrom Jh in der aus Fig. 2 erkennbaren Weise nach der Näherungsformel Jh ="|kl + k2 " ^Q¹ erhöht werden, wobei kl und k2 System-Konstanten sind. Da der aus den beiden Widerständen 33 und 3^ gebildete linke Brückenzweig die vom Regler R gelieferte Ve rs orgungs spannung in stets gleiche bleibender Weise aufteilt, ergibt sich die Tendenz des Reglers R dahin, daß er den Heizstrom Jh so lange erhöht, bis die Betriebstemperatur des Widerstandes 30 die beim Anfangswert Q=O eingestellte Solltemperatur möglichst nahe erreicht,

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wobei diese Annäherung um so vollkommener ist, je höher der Verstärkungsgrad des Reglers ist.

Aus der oben geschilderten Abhängigkeit des Heizstromes Jh von der Ansaugluftmenge Q ergibt sich ein schwieriger Zusammenhang zwischen der von dem elektronischen Steuergerät der Einspritzanlage bereitzustellenden Öffnungsdauer ti und der jeweils auf einen Zylinder der Brennkraftmaschine entfallenden Ansaugluftmenge. Die pro Zylinder entfallende Luftmenge ist zum Produkt aus dem zeitlichen Mittelwert Q und derjenigen Umlaufzeit tp proportional, die zum Durchlaufen eines festgelegten Kurbelwellen-Drehwinkels, beispielsweise für eine halbe Kurbelwellenumdrehung erforderlich ist.

Um aus dem Heizstrom Jh eine zur Dauer ti der Öffnungsimpulse S proportionale Spannung Uk gewinnen zu können und diese Spannung in einer der Leistungsstufe 22 vorgeschalteten Integrierstufe 37 in eine elektrische Größe umwandeln zu können, welche der pro Hub der Brennkraftmaschine in einen der Zylinder gelangenden Ansaugluftmenge q = Q / η proportional ist (n = Kurbelwellendrehzahl ) und durch eine anschließende Differenzierstufe 38 unmittelbar in einen Öffnungsimpuls S mit der zur Zylinderluftmenge q proportionalen Impulsdauer ti übergeführt werden kann, ist erfindungsgemäß eine Quadrierstufe 40 vorgesehen.

Fig. 2 zeigt den Zusammenhang des Heizstroms Jh von der Ansaugluftmenge Q. Mit Jo ist derjenige Wert des Heizstromes bezeichnet, bei welchem der temperaturabhängige Widerstand 30 die vorgesehene Betriebstemperatur erreicht, wenn die Brennkraftmaschine 10 stillsteht und Ansaugluftmenge demzufolge Q=O ist. Hingegen bezeichnet Jr denjenigen Betrag, um welchen der Heizstrom Jh über den Anfangsheizstromwert Jo hinaus gesteigert werden muß, wenn die Ansaugluftmenge bei laufender. Brennkraftmaschine gesteigert wird und dann am temperaturab-

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hängen Widerstand 30 Wärme abführt. Dieser Wärmeverlust wird durch den um Jr gesteigerten Heizstrom gedeckt. Um eine zum Heizstrom Jh proportionale Spannung gewinnen zu können, wird der mit dem temperaturabhängigen Widerstand 30 in Reihe liegende und vom Heizstrom durchflossene Widerstand 35 als Sonde benützt. Die zum Heizstrom proportionale Sondenspannung Us wird um den zum Anfangsheizstrqmwert Jo gehörenden Anfangssρannungswert Uo vermindert. Die Differenz beider Spannungen kann näherungsweise zur Ermittlung der Luftmenge nach der Formel benutzt werden:

Us - Uo = k3 .

Durch Quadrieren in der nachstehend beschriebenen Quadrier-

p schaltung 40 ergibt sich eine Spannung Um = (Us - Uo) = k4 . Q.

In der Quadrierschaltung nach Fig. 3 ist ein als aktive Elemente einen ersten Transistor 58 und einen zweiten Transistor 68 enthaltender Oszillator 50 vorgesehen, welcher annähernd rechteckförmige, in Fig. 4 durch den Kurvenzug 4a angedeutete Impulse liefert, die am Kollektor des zweiten Transistors 68 abgenommen werden. Die Frequenz dieser Impulse wird konstant gehalten, die Impulsdauer beim Ausführungsheispiel nach Fig, 5 jedoch abhängig von der Differenzspannung (TJs Uo) verändert. Die scharfe Rückenflanke 51 der Oszillatorimpulse wird iter ein Differenzierglied, das aus einem Kondensator 69, einer Diode 72 und den beiden Widerständen und 71 besteht, zur Auslösung eines monostabilen Multivibrators benützt, der als aktive Bauteile die Transistoren 76,80 und 86 umfaßt.

Die Standzeit ti dieses Multivibrators wird in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz (Us - Uo) verändert; dies geschieht

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auf folgende Weise:

An den invertierenden Eingang 101 eines Differenzverstärkers 100 wird die Spannung Us gelegt und an dem nichtinvertierenden Eingang mit Hilfe des aus den beiden Spannungsteilerwiderständen 111, 112 bestehenden Spannungsteilers eine Spannung eingestellt, welche der zum Anfangsheizstromwert Jo proportionalen Anfangsspan' nung Uo entspricht. Am Ausgang des Differenzverstärkers 100 ergibt sich eine dem Widerstandsverhältnis der beiden Widerstände 116 und 113 entsprechende verstärkte Spannung k . (Us - Uo) = Ua. Diese wird über einen Emitterfolger^ Transistor 88 und einen Widerstand 87 an die mit dem Transistor 86 verbundene Elektrode des Rückkopplungskondensators 81 gegeben. Die Entladung des Kondensators 8l erfolgt mit einem konstanten Strom, der durch den Transistor 76 und den Widerstand 75 festgelegt ist. Die Impulsdauer ti des monostabilen Multivibrators ist demzufolge proportional zur Höhe des SpannungsSprungs am Kondensator 81 und daher abhängig von der verstärkten Ausgangsspannung Ua des Differenzverstärkers 100. Dies ist in Fig. l\ durch den Kurvenzug 4c angedeutet, welcher die am Kollektor des Transistors 86 herrschende Spannung wiedergibt.

Um eine in ihrer Amplitude durch die Ausgangsspannung Ua bzw, (Us - Uo) beeinflußte Rechteckspannung zu erzielen, ist an den Ausgang des Differenzverstärkers 100 ein Emitterfolger'-Transistor 91 über einen Widerstand 93 mit seiner Basis angeschlossen und außerdem mit seinem Emitter über einen Widerstand 90 an die Betriebsspannung Ub gelegt. Am Emitter des Transistors 91 ergibt sich eine entsprechend dem Teilerverhältnis der Widerstände 93/92 verkleinerte Spannung UJ, solange die Diode 89 sperrt, d.h. während der Impulsdauer ti, da während der Impulspause der Tr aisistor 80 leitend ist und

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über die Diode 89 das Potential am Emitter des Transistors 91 praktisch demjenigen der gemeinsamen Masseleitung 52 entspricht. Das am Emitter des Transistors 91 entstehende Rechtecksignal wird einem Integrierglied 54 zugeführt, das aus einem Widerstand 9¹^ und dem Kondensator 95 besteht und das Rechtecksignal gleichrichtet. Ein nachgeschalteter Transistor 96 diät als Impedanzwandler, der an seinem mit einer Aus gangs klemme 55 verbundenen Emitter eine Gleichspannung Um liefert, die proportional zum Quadrat der Spannung Ua ist..

Damit am Ausgang 55 eine rein quadratische Funktion von Ua erscheint, müssen die Punktionen ti = f (Ua) und Ul = f(Ua) durch den Nullpunkt gehen, oder anders ausgedrückt: bei den Punktionen

ti = A + B . Ua
Ul = C + D . Ua

müssen A und G gleich Null sein. Diese Forderung läßt sich nur mit einem größeren Schaltungsaufwand erfüllen; deswegen wird bei der in Fig. 3 gezeichneten Schaltung folgende Möglichkeit verwendet:

Bei der Multiplikation von ti und Ul ergibt sich ti . Ul = AC + (AD + BC) . Ua + BD . Ua².

Ist eine der beiden Größen A und G negativ, so läßt sich eine Einstellung finden, durch die der Ausdruck (AD + BC) gleich Null wird. Dadurch ergibt sich eine rein quadratische Punktion mit einer Parallelverschiebung durch AC, die nicht berücksichtigt zu werden braucht.

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In der Schaltung nach Fig. 3 ist der Ausdruck A negativ. Die Größe C kann durch die Spannungsteilerwiderstände 92 so eingestellt werden, daß die Grdße (AD + BC) gleich Null wird und die Schaltung einwandfrei arbeitet.

Für das oben beschriebene Verfahren, mit Hilfe von rechteckförmigen Impulsen zu quadrieren, ist erforderlich, daß eine der drei Größen dieser Impulse, nämlich Frequenz, Amplitude und Impulsdauer konstant gehalten wird, da jede Veränderung einen Meßfehler ergibt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Frequenz konstant gehalten. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß durch die Integration der Spannungshub am Ausgang 55 kleiner wird, so daß die Weiterverarbeitung der am Ausgang 55 entstehenden Spannung Um ungenauer wird.

Bei dem zweiten in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel für eine Quadrierschaltung sind diese Schwierigkeiten weitgehend vermieden. Die dort dargestellte Schaltung arbeitet in einem großen Frequenzbereich mit Hilfe einer Sägezahnspannung, bei welcher sowohl die Periodendauer als auch die Steigung der Sägezahnspannung in Abhängigkeit von der zu quadrierenden Differenzspannung (Us- Uo) veränderbar ist.

Die Wirkungsweise der Quadrierschaltung nach Fig. 5 beruht darauf, daß ein Kondensator 156 während einer von der zuquadrierenden Spannung (Us - Uo) abhängigen Dauer T durch einen ebenfalls von dieser Spannung abhängigen Strom aufgeladen wird. Die am Ende der Dauer T am Kondensator 156 liegende Spannung wird während einer festgelegten, kurzen Haltezeit t3 konstant gehalten und in eine sogenannte "Sample-and-hold-Schaltung" übertragen. Die Haltezeit t3 wird durch ein erstes Zeitglied Zl bereitgestellt. Während einer sich unmittelbar anschließenden, durch ein zweites

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Zeitglied Z2 festgelegten Entlade-Zeit t4 wird der Kondensator 156 entladen. Nach Ablauf der Entladezeit t4 beginnt der sich über die spannungsabhängige Dauer T erstreckende Ladevorgang von neuem. Die Ladedauer T wird bestimmt durch einen zweiten Kondensator 147» der mit konstantem, von einem Emitterfolger-Transistor 146 geliefertem Strom aufgeladen wird. Die an dem Kondensator· 147. entstehende Spannung wird einem Differenzverstärker 121 zugeführt, der als Schwellwertschalter ausgebildet ist und mit seinem nichtinvertierenden Eingang über einen Widerstand 122 an die zu quadrierende Spannung Ua gelegt ist. Wenn die am Kondensator 147 entstehende Spannung den Wert dieser Spannung Ua erreicht, schaltet der Differenzverstärker durch und löst dabei das erste Zeitglied Zl aus, das nach Ablauf der Haltezeit t3 das zweite Zeitglied Z2 auslöst.

In Fig. 6 ist die zeitliche Zuordnung dieser Vorgänge mit den beiden Kurvenzügen 6b und 6c dargestellt.

Im einzelnen arbeitet die in Fig. 5 dargestellte Quadrierschaltung folgendermaßen:

Ein nicht dargestellter Differenzverstärker liefert wie in der Schaltung nach Fig. 3 an dem Eingang 56 die zu quadrierende Spannung Ua, die umgekehrt proportional zu der Differenzspannung (Us - Uo) ist. Diese Spannung liegt am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 121 und wird mit der dem invertierenden Eingang zugeführten Spannung des Kondensators 147 verglichen. Wenn die am Kondensator 147 während der Ladezeit T linear ansteigende Spannung den Wert der Spannung Ua erreicht, entsteht am Ausgang des Differenzverstärkers 121 ein negativer Spannungssprung, mit welchem das erste Zeitglied Zl anstoßen wird, welches aus dem Transistor 130, einem Kondensator 125 und aus einem Widerstand 126 besteht. Mit dem Kurvenzug 6b

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ist das Kollektorpotential des Transistors 130 dargestellt. Nach Ablauf der Haltezeit t3 wird das zweite Zeitglied Z2 angestoßen. Dieses besteht aus einem Transistor 1*12, einem Kondensator 137 und einem Widerstand 138. In Fig. 6c ist der zeitliche Verlauf des Potentials am Kollektor des Transistors 142 dargestellt. Solange dieser Transistor sperrt, wird ein mit seiner Emitterkollektorstrecke zum zweiten Speicherkondensator 147 parallel geschalteter Endladetransistor 148 stromleitend gehalten, so daii der Kondensator 147 sich rasch entladen kann. Der Transistor 148 wird hierbei invers betrieben, da in diesem Falle die Sättxgungsspannung im leitenden Zustand kleiner ist und demzufolge die am Kondensator 147 verbleitHöftde Restspannung nur sehr niedrige Werte aufweist. In Fig. 6 ist mit dem Kurvenzug 6a der Verlauf der am Kondensator %AJ liegenden Spannung wiedergegeben. Man ersieht dort ohne weiteres, daß die Ladedauer T umso länger wird, je J$|i£re Absolutwerte die Spannung Ua und demzufolge die ' Q aufweist.

Um den Quadrierungseffekt zu erzielen, wird de? 156 nicht nur während dieser von der Spannung Ua Dauer T geladen, sondern sein Ladestrom steig| ebenfalls linear mit der zu quadrierenden Spannung Ua an. ©ie jeweilige Größe dieses Ladestroms wird durch den Transistor 155» der als Emitterfolger betrieben wird, und durch dessen Emitterwiderstand 154 bestimmt. Die Basis dieses Transistors ist an den Kollektor eines Verstärkungstransistors 151 angeschlossen, der mit seiner Basis über einen Widerstand 150 an der zu quadrierenden Spannung Ua liegt. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Ladestrom des Kondensators 156 linear mit der Spannung Ua

einsteigt.

Während der Haltezeit t3 wird die nach Ablauf der

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Ladedauer T am Kondensator 156 erreichte Spannung festgehalten. Dies wird dadurch erzielt, daß der Emitter des Transistors 155 durch den während der Haltezeit t3 leitenden Transistor 157 niit der Minusleitung 52 verbunden und dabei der Transistor 155 gesperrt wird. Da der Transistor 159 ebenfalls noch gesperrt ist, bleibt die Spannung am Kondensator 156 erhalten und kann über den sehr hochohmigen Emitterfolger-Transistor !öl weiterverarbeitet werden. Während der sich unmittelbar anschließenden Entladezeit 1¹Twird der ebenfalls invers betriebene Transistor 159 leitend gehalten, so daß sich . der Kondensator 156.über diesen Transistor entladen kann.

Die Weiterverarbeitung der während der Haltezeit t3 aufrechterhaltenen Spannung am Kondensator 156 erfolgt mit Hilfe des Emitterfolger-Transistors 16I und der Diode 166, welche sicherstellen, daß sich ein dritter Speicherkondensator auf die festgehaltene. Spannung des ersten Speicherkondensators 156 entladen oder über einen an den Transistor I61 angeschlossenen Emitterfolger-Transistor I65 und eine mit diesem zusammenwirkende Diode.167 auf den jeweils während der Haltezeit · t3 vorhandenen. ,Spannungswert am Kondensator I56 aufladen kann. Hierdurch.wird sichergestellt, daß der dritte Speicherkondensator 171 jeweils auf demjenigen Spannungswert liegt, den der erste Speicherkondensator I56 nach Ablauf seiner spannungsabhängigen Ladedauer erreicht hatte. Der Ladungsausgleich am Kondensator 17I kann jedoch nur während der Haltezeit t3 erfolgen. Während der übrigen Zeit bleibt die Spannung am Kondensator I7I erhalten und ändert sich erst während der nächsten Haltezeit, falls sich die Ansaugluftmenge Q geändert hat. An den dritten Speicherkondensator 171 ist ein hochohmiger Emitterfolger-Transistor 173 angeschlossen. Dieser liefert an seinem mit der'Ausgangsklemme 55 verbundenen Emitter die Spannung Um, die proportional zum Quadrat der

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Spannung Ua und demzufolge auch proportional zum Quadrat der Spannungsdifferenz (Us - Uo) ist und den Änderungen dieser Größen sehr schnell folgt, d.h. nach jeder Periode, wieder den richtigen Wert annimmt.

Die Spannung Um wird in eine zu ihr proportionale Impulsdauer ti der Öffnungsimpulse S in der Integrierstufe 37 dadurch umgewandelt, daß jeweils während einer halben Kurbelwellenumdrehung ein von dem Signalgeber 18 gesteuerter bistabiler Multivibrator *J1 eine Ladestromquelle in der Integrierstufe 37 eingeschaltet hält, die an einen nicht dargestellten Integrierkondensator einen zur Spannung Um proportionalen Ladestrom liefert. Dieser Kondensator wird bei Beginn der nächsten halben Kurbelwellenumdrehung mit einem konstanten Entladestrom entladen und liefert dann die Öffnungsimpulse S mit der Impulsdauer ti.

Die oben beschriebene Quadrierung beruht darauf, daß die Sollkurve Us =Vkl + k2 V^durch die Punktion Us - Uo = k3 . Vo" angenähert wird. Dies ist in Fig. 7 durch die erste Näherungskurve Nl dargestellt. Diese kann ohne weiteres so gewählt werden, daß im Bereich kleiner Luft-' mengen Q5 bis Q6 nur sehr geringe Abweichungen von der Sollkurve entstehen. Um auch bei großen Luftmengenwerten eine Annäherung gleich guter Qualität zu erzielen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß in eine der beiden zur Differenzspannung (Us - Uo) proportionalen Punktionen, die in der Quadrierschaltung miteinander multipliziert werden, eine Nichtlinearität eingeführt wird und zwar in der Art, daß ab einer bestimmten, beispielsweise zur Luftmenge Q6 gehörenden Sondenspannung sich die Steigung dieser Geraden ändert. Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten: entweder kann die Gerade χ = f (Us Uo) wie in Fig. 8a dargestellt durch den Nullpunkt gehen und von der zur Luftmenge Q6 gehörenden Sondenspannung ab steller verlaufen. Die zweite Möglichkeit besteht darin, daß der obere Teil der Geraden wie in Fig. 8b dargestellt in der

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Verlängerung durch den Nullpunkt gehen würde, aber bei kleineren Werten der Differenzspannüng (Us - Uo) flacher verläuft. Die Größe χ kann beispielsweise die Amplitude oder die Impulsdauer einer wie bei der ersten Quadrierschaltung verwendeten Rechteckspannung oder die Steigung oder die Periodendauer einer Sägezahnspannung sein, wenn eine Quadrierschaltung nach Fig. 5 verwendet wird.

Eine Realisierungsmöglichkeit für einen Punktionsverlauf nach Pig. 8a ist mit dicken Linien in die im übrigen unverändert übernommene Schaltung nach Fig. 5 eingezeichnet und in Fig. 9 wiedergegeben. Soweit in Fig. 9 gleiche Bauelemente verwendet sind wie in Fig. 5, tragen sie die gleichen Bezugszeichen. Zusätzlich zu den in Fig. 5 verwendeten . Bauelementen sind zwei Transistoren 184 und 190 sowie zwei Dioden l80 und 182 vorgesehen. Die erste Diode l80 liegt mit ihrer Kathode an dem Emitter des Transistors 146 und ist an ihrer Anode mit einem zur Plusleitung führenden. Widerstand l8l und der Anode der zweiten Diode 182 verbunden, welche an den Kollektor des Transistors 190 und dessen zur Minusleitung 52 führenden Arbeitswiderstand 191 angeschlossen ist. Der Transistor 190 gehört zum PNP-Typ und ist mit seinem Emitter an die Batteriespannung Ub angeschlossen. Seine Basis steht über einen Koppelwiderstand 188 mit dem Kollektor des zum NPN-Typ gehörenden Transistors 184 in Verbindung, dessen Basis Über einen Koppelwiderstand 179 mit dem zweiten Speicherkondensator 147 und über einen Basisableitwiderstand 183 mit der Minusleitung 52 verbunden ist.

Die beiden Transistoren 184 und 190 arbeiten zusammen mit den beiden Dioden 180 und 182 als Schwellwertstufe und wirken folgendermaßen;

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.Zu Beginn der Aufladung des Kondensators 147 sind die Transistoren 184 und 19O gesperrt. Dadurch wird die Diode 182 leitend gehalten und als Folge hiervon die Diode I80 gesperrt. Die Aufladung des Kondensators 147 mit dem beabsichtigten Konstantstrom erfolgt daher zunächst nur über den Widerstand 145 in der Emitterzuleitung des ^ Emitterfolger-Transistors 146. Von einer bestimmten, durch den Spannungsteiler I86/187 vorgegebenen Wert der Spannung am Kondensator 147 ab wird der Transistor 184 über den sehr hochohmigen Widerstand 179 stromleitend. Hierdurch wird der Transistor 190 ebenfalls stromleitend und die Diode 182 gesperrt. Die Aufladung des Kondensators 147 erfolgt nun mit größerem Strom über die beiden zueinander parallel geschalteten Widerstände 145 und I8I. Es ergibt sich somit ein Verlauf, wie er in Fig. 8a skizziert ist, wobei in diesem Falle die Ordinate χ der Spannung am Kondensator 147 entspricht.

Das gleiche Verfahren läßt sich auch bei der Quadrierschaltung nach Fig. 3 realisieren. In diesem Falle würden die oben beschriebenen, in Fig. 9 dick ausgezogenen Schaltungsteile vorzugsweise bei der Konstantstromaufladung des Kondensators 8l eingreifen, da dieser die Dauer ti der rechteckförmigen Hilfsimpulse bestimmt.

Eine Realisierung des Funktionsverlaufs nach Fig. 8b benötigt schaltungstechnisch einen wesentlich geringen Aufwand. Mit stark ausgezogenen Linien ist in Fig. 10 die zur Erzielung des geknickten Funktionsverlaufs vorgesehene Schwellwertstufe dargestellt. Die übrigen Bauelemente der Fig. 10 stimmen mit denjenigen der Schaltung nach Fig. 3 überein und tragen die gleichen Bezugszeichen. Die Schwellwertstufe umfaßt zwei Spannungsteilerwiderstände 98 und 99, von deren Verbindungspunkt ein Widerstand II8 und eine Diode 119 zur Basis des Emitterfolger-Transistors 91 führen. Für kleine Werte der vom Differenzverstärker 100 gelieferten Ausgangsspannung Ua * k. (Us - Uo) wird der au3 den Widerständen 92 und 93

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bestehende Spannungsteiler über die dann leitende Diode 119 durch das aus den Widerständen 98,99 und 118 bestehende Netzwerk belastet. Erst wenn die Spannung Ua über den festgelegten Mindestwert hinaus anwächst, sperrt die Diode 119 und die Gerade nach Fig. 8b wird dann steiler. In diesem Falle entspricht die Ordinate χ der .Amplitude der rechteckförmigen Hilfsimpulse.

Das gleiche Verfahren läßt sich auch bei der unter Verwendung einer Sägezahnspannung arbeitenden Quadrierschaltung nach Fig.5 anwenden. In diesem Falle müßte das aus den Widerständen 98,99,118 sowie der Diode 119 bestehende Netzwerk am nichtinvertierenden Eingang des als Schwellwertschalter betriebenen Differenzverstärkers 121 eingreifen.

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Claims (12)

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   Ansprüche

   l.j Elektrisch gesteuerte, vorzugsweise intermittierend arbeitende Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einem elektrischen Steuergerät für mindestens ein elektromagnetisches, die Einspritzmenge bestimmendes Einspritzventil und mit einem Luftmengenmesser, der einen im Ansaugluftstrom der Brennkraftmaschine angeordneten, temperaturabhängigen Widerstand enthält, der von einem Heizstrom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Heizstrom (Jh) liefernder Regler (R) vorgesehen ist, der den Widerstand (30) auf wenigstens annähernd konstanter Temperatur hält, und daß eine vom Heizstrom gesteuerte Quadrierschaltung (JJO) vorgesehen ist, deren Ausgangsspannung (Um) linear mit der Ansaugluftmenge (Q) ansteigt und als Steuergröße für die Einspritzmenge dient.
2. 2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines vom Heizstrom (Jh) durchflossenen Sonden-Widerstandes (35) eine zum Heizstrom proportionale Sondenspannung (Us) erzeugt und daß eine Differenzspannung (Ua#v Us - Uo) gegenüber derjenigen Anfangsspannung (Uo) gebildet wird, die am Sondenwiderstand (35) bei stillstehender . Brennkraftmaschine, jedoch konstantgehaltenem Temperaturwert des temperaturabhängigen Widerstandes (30) vom Regler. (R) eingestellt wird, und daß diese Differenzspannung als Steuerspannung für die Quadrierschaltung (40) verwendet wird.

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3. 3. Einspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß · die Quadrierechaltung (40) einen Oszillator (50) zur Erzeugung von rechteckförmigen Hilfsimpulsen, von deren charakteristischen Größen Frequenz, Impulsdauer .und Amplitude zwei Größen in Abhängigkeit vom Heizstrom (Jh) oder von einer zum Heizstrom proportionalen Spannung (Ua) veränderbar sind, während die dritte Größe konstant gehalten wirdjund daß die Hilfsimpulse zur Bildung der Ausgangs— spannung (Um) einem Integrierglied (94,95) zugeführt werden.
4. 4. Einspritzanlage nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß ein mit konstanter Frequenz arbeitender astabiler Multivibrator (50) zur Auslösung einer monostabilen Kippstufe (53) vorgesehen ist, deren Kippdauer (ti) in Abhängigkeit vom Heizstrom (Jh) oder von einer zum Heizstrom proportionalen Spannung (Ua <v Us - Uo) veränderbar ist.
5. 5. Einspritzanlage nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrierschaltung (40) einen Speicher-Kondensator (156) enthält, der während einer von der Differenzspannung (Us-Uo) abhängigen Ladezeitdauer (T) mit einem ebenfalls von der Differenzspannung abhängigen Strom geladen, im geladenen Zustand für eine festgelegte kurze Haltezeit (t3) gehalten

   ■ und nach einer festgelegten Entladezeit (t4) erneut geladen wird.

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6. 6. Einspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß/aie Haltezeit (t3) eine erste monostabile Zeitstufe (Zl) und für die Entladezeit (t4) eine zweite monostabile Zeitstufe (Z2) vorgesehen ist, die an die erste Zeitstufe angeschlossen ist.
7. 7. Einspritzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer von der Differenzspannung (Us-Uo) abhängigen Ladezeitdauer (T) ein zweiter Speicher-Kondensator (1^7) vorgesehen ist, der über einen als Konstantstromquelle wirkenden Emitterfolger-Transistor (146) geladen wird und an einem der beiden Eingänge eines als Schwellwertschalter ausgebildeten Operationsverstärkers (121) liegt, an dessen zweitem Eingang die Differenzspannung (Us-Uo) wirksam ist.
8. 8. Einspritzanlage nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß zum zweiten Speicher-Kondensator (147) die Emitter-Kollektorstrecke eines - vorzugsweise invers betriebenen Entladetransistors (148) parallel geschaltet ist, der mit seiner Basis an die zweite Zeit-Stufe (Z2) angeschlossen ist.
9. 9. Einspritzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, zum ersten Speicherkondensator (156) mit seiner Eraitter-Kollektorstrecke parallelgeschalteter Entladetransistor

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   (159) vorgesehen ist, der an seiner Basis mit der zweiten Zeitstufe (Z2) verbunden ist.
10. 10. Einspritzanlage nach Anspruch 8- oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß ein als Emitterfolger arbeitender Ladetransistor (155) für den ersten Speicherkondensator (156) vorgesehen ist und einen in seiner Höhe von der Differenzspannung (Ua#vUs - Uo) abhängigen Ladestrom für den" Speicherkondensator liefert.
11. 11. Einspritzanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Speicherkondensator (171) vorgesehen ist, der während der HalteZeitdauer (t3) auf den gleichen Spannungswert aufgeladen oder entladen wird, den der erste Speicherkondensator (156) am Ende der Ladezeitdauer (T) erreicht hat.
12. 12. Einspritzanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Speicherkondensator (171) mit der Anode einer ersten (166) und mit der Kathode einer zweiten (167) von zwei den Ladungsausgleich erlaubenden Dioden verbunden ist, von denen die erste Diode (166) zum Emitter eines ersten Emitterfolger-Transistors (I6I) führt, während die zweite Diode (I67) mit dem Emitter eines zweiten Emitterfolger-Transistors (I65) verbunden ist, der

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    zum ersten Emitterfolgertransistor (l6l) komplementär ist und mit seiner Basis an dessen Emitter liegt.

    13· Einspritzanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Emitter-Kollektorstrecke des zweiten Emitterfolgertransistors (165) ein Schalttransistor (168) mit seiner Emittfer-Kollektors trecke parallelgeschaltet ist, «a«· mit seiner Basis an den Kollektor eines von der ersten Zeitstufe (Zl) gesteuerten Zwischentransistors (135) angeschlossen ist, dessen Kollektor mit dem Emitter des ersten Emitterfolgertransistors (I6l) - vorzugsweise über eine Diode (I63) - verbunden ist.

    1*1. Einspritzanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 13> dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwellwertstufe (98,99,118,119 in Fig. 10 bzw. 179 bis 191 in Fig. 9) für die Sondenspannung vorgesehen ist, unterhalb welcher die in der Quadrierschaltung wirksame Spannung eine andere lineare Abhängigkeit von der Differenzspannung (Ua bzw. Us-Uo) hat als oberhalb dieses Wertes.

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