DE2326766B2

DE2326766B2 - Anordnung für die elektronische Messung der Leistung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2326766B2
Application number: DE2326766A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Yokosuka Aono; Kenji Yokohama Masaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1978-11-02
Also published as: FR2189734B1; DE2326766C3; JPS497602A; DE2326766A1; JPS5146201B2; GB1381567A; US3847019A; FR2189734A1

Description

Ai₁₁,= K- W,

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verknüpft, und daß einer Multiplikationsschaltung (6) das erste Funktionssignal und ein dem augenblicklichen Gewicht (Wi) der Ansaugluft entsprechendes zweites Funktionssignal zugeführt sind, die ein der Leistung (M\d) entsprechendes Ausgangssi- jo gnal abgibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Funktionsgenerator (3) wenigstens eine unter einer Sperrspannung einer vorgegebenen Höhe stehende und bei Anlegen eines Drehzahlsignals (n) mit einer die vorgegebene Spannung übersteigenden Spannung einen Strom in Durchlaßrichtung leitende Diode (DX, D 2), einen mit einer an der Kathode der Diode erscheinenden Spannung gespeisten ersten Verstärker (A 1) zum Erzeugen eines einer erhöhten Drehzahl der Maschine entsprechenden dritten elektrischen Funktionssignals, wenigstens eine mit der vorgegebenen Spannung in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode (D3, D4), durch die ein Strom in Durchlaßrichtung in Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal (n) fließt, das eine niedrigere Spannung als die vorgegebene hat, wobei dieser Strom in Durchlaßrichtung ein einem niedrigen Drehzahlbereich entsprechendes viertes Funktionssignal erzeugt, eine Addierschaltung (R 4, R 5) zum Addieren des dritten und vierten Funktionssignals und einen mit einem elektrischen Ausgangssignal der Addierschaltung und einem vorgegebenen positiven Spannungssignal gespeisten zweiten Verstärker (A 2) zum Erzeugen des die eine Komponente (K') des Proportionalitätsfaktors (K) darstellenden ersten Spannungssignals umfaßt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Funktionsgenerator (4) w) wenigstens eine mit dem dem Unterdruck im Ansaugverteiler entsprechenden Signal gespeiste Diode (D' 1, D'2, D'3 ... D'n), einen mit der an der Kathode der Diode erscheinenden Spannung gespeisten dritten Verstärker (A 3) zum Erzeugen b? eines Funktionssignals mit einer der der Spannung an der Kathode der Diode entgegengesetzten Polarität, eine Addierschaltung (R 9 bis RH) zum Addieren des Funktionssignals mit einem vorgegebenen positiven Spannungssignal und einen mit dem Ausgangssignal der Addierschaltung gespeisten vierten Verstärker (A 4) zum Erzeugen des die andere Komponente (K") des Proportionalitätsfaktors (K) darstellenden zweiten Spannungssignals aufweist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht (W\) der Ansaugluft angebende Signal in einer zweiten elektronischen Schaltung (1) erhalten wird, deren Eingängen der Drehzahl (n) dem Druckwert (p) der Ansaugluft und der Temperatur (t) der Ansaugluft entsprechende elektrische Signale zugeführt sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für die elektronische Messung der Leistung einer Brennkraftmaschine mit einer mit der Drehzahl der Maschine und einem Druckwert entsprechenden Analogsignalen gespeisten ersten Schaltung.

Aus der DE-AS 12 02 530 ist eine Anordnung zum elektronischen Messen der Leistung einer Brennkraftmaschine bekannt, die auf dem Prinzip beruht, daß die von einer Brennkraftmaschine abgegebene Leistung durch das Produkt aus Zylinderdruck und Kolbenweg angegeben werden kann. Die bekannte Anordnung weist ein elektronisches Druckmeßgerät zur Abgabe eines den jeweiligen Zylinderdruck angebenden elektrischen Signals und zwei von der Motorwelle angetriebene Tachodynamos auf, von denen einer ein Ausgangssignal mit der doppelten Frequenz wie der andere erzeugt. Mit Hilfe eines Spannungsteilers werden die Ausgangssignale beider Tachodynamos zusammengefaßt, wobei der Spannungsteiler mit dem durch die Pleuelstangenlänge zum Kurbelradius gegebenen Verhältnis arbeitet, um damit die augenblickliche Kolbengeschwindigkeit zu ermitteln. Das die Kolbengeschwindigkeit angebende Signal wird dann mit dem elektrischen Ausgangssignal des Druckmeßgerätes in einem Multiplikator multipliziert, um ein der augenblicklichen Motorleistung entsprechendes Signa! zu erhalten. Da diese Anordnung die Kolbengeschwindigkeit als eine Eingangsgröße benötigt, muß sie zur Ermittlung dieser Kolbengeschwindigkeit relativ aufwendig ausgebildet sein. Außerdem muß der Spannungsteiler bei der Prüfung unterschiedlicher Brennkraftmaschinen immer auf das jeweilige Verhältnis von Pleuelstangenlänge zum Kurbelradius verstellt werden.

Aus der US-PS 35 84 507 ist eine Anordnung zum Ermitteln der Wartungsintervalle bei Turbinen bekannt, wobei die Länge der Wartungsintervalle durch während des Betriebs der Turbine auftretende und besondere Belastungen für die Turbine darstellende Betriebsbedingungen ermittelt wird. Zu diesem Zweck wird die jeweilige Drehzahl der Turbine und die jeweilige Gastemperatur der Turbine dauernd gemessen und in einem Computer diese beiden Werte laufend miteinander verglichen und rechnerisch verarbeitet, um besondere Belastungsspitzen der Turbine zu erfassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mit ihr Brennkraftmaschinen unterschiedlichen Typs ohne besondere Eingriffe in die Anordnung hinsichtlich ihrer Ausgangsleistung überprüft werden können, ohne daß dazu die Anordnung besonders aufwendig ausgebildet sein muß.

Bei einer Anordnung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Druckmeßfühler zur Ermittlung des Druckwertes im Ansaugverteiler der Maschine angeordnet ist, daß die erste Schaltung einen ersten Funktionsgenerator, der mit Hilfe der Übertragungseigenschaft von Dioden ein Funktionssignal der Drehzahl erzeugt, einen zweiten Funktionsgenerator, der mit Hilfe der Übertragungseigenschaft von Dioden ein Funktionssignal des Druckwertes erzeugt, und eine Summierschaltung aufweist, mit der die Funktionssignale zu einem einem Proportionalitätsfaktor entsprechenden ersten elektrischen Funktionssignal summiert werden, der die Leistungsabgabe der Maschine mit dem Gewicht der Ansaugluft nach der Beziehung

verknüpft, und daß einer Multiplikationsschaltung das erste Funktionssignal und ein dem augenblicklichen Gewicht der Ansaugluft entsprechendes zweites Funktionssignal zugeführt sind, die ein der Leistung entsprechendes Ausgangssignal abgibt.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Veränderungen des Gewichts der unter fortlaufend veränderlichen Betriebsbedingungen von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luft auf elektronischem Wege zu bestimmen. Derartige Messungen beruhen auf der Beobachtung, daß eine spezifische Funktionsbeziehung zwischen dem Gewicht der Ansaugluft und den fortlaufend veränderlichen Betriebsbedingungen wie Drehzahl der Maschine, Unterdruck im Ansaugverteiler und Temperatur des angesaugten Gemischs besteht. Eine bekannte elektronische Anordnung zum Bestimmen des Gewichts der angesaugten Luft enthält eine elektronische Schaltung mit einem Impulsgenerator, welcher mit den jeweiligen Werten für die Drehzahl der Maschine, den Ansaugunterdruck und die Temperatur des angesaugten Gemischs entsprechenden Analogsignalen gespeist wird, um ein elektrisches Impulssignal zu erzeugen, welches mit einem von der Drehzahl der Maschine abhängigen Impulssignal synchronisiert wird. Die Breite und Höhe des vom Impulsgenerator erzeugten Ausgangssignals sind über die vorstehend erwähnten elektrischen Analogsignale derart gesteuert, daß die elektronische Schaltung ein den Schwankungen des Gewichts der Ansaugluft proportionales Funktionssignal abgibt. Das den Schwankungen des Gewichts der Ansaugluft proportionale Funktionssignal eignet sich zur Verwendung als eine wichtige Bezugsgröße für gewisse elektronische Steueranordnungen, insbesondere für die Verwendung in Kraftfahrzeugen.

Die Erfindung geht davon aus, daß zwischen der Leistungsabgabe oder dem Drehmoment einer Brennkraftmaschine und dem Gewicht der von der Maschine angesaugten Luft eine spezifische Funktionsbeziehung besteht. Demgemäß läßt sich die Leistungsabgabe bzw. das Drehmoment der Maschine durch den Ausdruck

M_ld=K- W,
wiedergeben, worin

M\d — Leistungsabgabe oder Drehmoment der Maschine in PS,

W\ = dem Gewicht der Ansaugluft in p/sec und
K = ein Proportionalitätsfaktor ist.

Aus dem Vorstehenden ist zu entnehmen, daß sich die Leistungsabgabe M\_d durch Multiplizieren des Proportionalitätsfaktors K mit dem Wert W\ für das Gewicht der Ansaugluft berechnen läßt. Da sich der Wert IVi für das Gewicht der Ansaugluft mittels der vorstehend angeführten elektronischen Anordnung ohne Schwierigkeit bestimmen läßt, kann die Leistungsabgabe Mu der Maschine lediglich mit Hilfe des Proportionalitätsfaktors K ermittelt werden. Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse von Messungen für den Proportionalitätsfaktor K. Wie aus der Tabelle zu erkennen ist, läßt

ίο sich der Proportionalitätsfaktor K anhand der veränderlichen Werte für den Unterdruck ρ im Ansaugverteiler und die Drehzahl η der Maschine bestimmen. Dieses Grundprinzip findet bei der erfindungsgemäßen Anordnung Verwendung.

Tabelle

Werte des Proportionalitätsfaktors K

Drehzahl	Ansaug-Unterdruck	660	( — mm	Hg abs)	360
20 (U/min)	720	1,05	560	460	0,62
1000	1,10	1,15	0,98	0,77	0,68
2000	1,20	1,15	1,07	0,83	0,68
3000	1,20	1,15	1,07	0,83	0,68
25 4000	1,20	1,15	1,07	0,83	0,68
5000	1,20	1,10	1,07	0,83	0,65
6000	1,15	1,02	0,80

Auf Grund dieser bekannten und z. B. in der

3d vorstehend genannten Tabelle angegebenen Werte ist mit Hilfe von in der ersten Schaltung vorgesehenen Funktionsgeneratoren, die die Übertragungseigenschaften von Dioden ausnutzen, der Porportionalitätsfaktor K in Abhängigkeit von der Drehzahl η und dem Ansaugunterdruck ρ in Form eines ersten elektrischen Funktionssignals leicht zu erzeugen. Das in jedem Augenblick und nach Maßgabe der jeweils vorliegenden Drehzahl und des Ansaugunterdruckes für den Proportionalitätsfaktor K erzeugte erste Funktionssignale wird dann in der Multiplikationsschaltung mit einem zweiten Funktionssignal multipliziert, das dem augenblicklichen Gewicht der Ansaugluft entspricht. Am Ausgang der Multiplikationsschaltung ist zu jedem Augenblick ein die augenblickliche Leistungabgabe der Brennkraftmaschine angebendes Ausgangssignal verfügbar. Das das Gewicht der Ansaugluft angebende zweite Funktionssignal kann in der zuvor beschriebenen bekannten Weise aus dem augenblicklichen Ansaugdruck, der Temperatur der Ansaugluft und der Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Grundsätzlich kann dieses zweite Funktionssignal aber auch in einer anderen beliebigen Weise ermittelt werden.

Die besondere Ausbildung der neuen Anordnung betreffende Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängig-

W) keit des Proportionalitätsfaktors A.' einer Brennkraftmaschine von ihrer Drehzahl,

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Proportionalitätsfaktors K von Schwankungen des L.iterdrucks im Ansaugverteiler,

tv"> F i g. 3 ein Blockschaltbild einer bevorgzuten Ausführungsform der Anordnung,

Fig.4 ein Schaltbild des in Fig.3 gezeigten, mit einem der Drehzahl der Maschine entsprechenden

elektrischen Analogsignal gespeisten ersten Funktionsgenerators,

Fig. 5 und 6 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig.4 gezeigten Funktionsgenerators,

F i g. 7 ein Schaltbild des anderen in F i g. 3 gezeigten, mit einem dem Ansaug-Unterdruck entsprechenden elektrischen Analogsignal gespeisten zweiten Funktionsgenerators und

Fig. 8 und 9 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des in F i g. 7 gezeigten Funktionsgenerators.

Wie vorstehend erwähnt, bestimmt sich der Proportionalitätsfaktor K einer Brennkraftmaschine unter wechselnden Betriebsbedingungen nach Änderungen der Drehzahl der Maschine und des Unterdrucks im Ansaugverteiler. Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit des Proportionalitätsfaktors von der Drehzahl der Maschine. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich der Wert des Proportionalitätsfaktors K bei jeder gegebenen Größe des Unterdrucks in Übereinstimmung mit den aus F i g. 1 zu entnehmenden drehzahlabhängigen Änderungen ändert. F i g. 2 zeigt demgegenüber die Abhängigkeit des Proportionalitätsfaktors K vom Unterdruck im Ansaugverteiler. Auch hier ist zu berücksichtigen, daß sich der Wert des Proportionalitätsfaktors K für jede gegebene Drehzahl in Übereinstimmung mit den aus Fig. 2 zu entnehmenden unterdruckabhängigen Änderungen ändert.

Das in F i g. 3 dargestellte Blockschaltbild der Anordnung zeigt eine elektronische Einrichtung 1 zum Bestimmen des Gewichts der von einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine anzusaugenden Luft. Die elektronische Einrichtung 1 wird mit elektrischen Signalen η, ρ und r gespeist, welche die jeweiligen Werte für die Drehzahl der Maschine bzw. den Unterdruck im Ansaugverteiler bzw. die Temperatur des angesaugten Gemischs wiedergeben, und erzeugt ein die Änderungen des Gewichts der Ansaugluft wiedergebendes elektrisches Funktionssignal W. Wie vorstehend erwähnt, kann für die elektronische Einrichtung 1 der Anordnung die bekannte Anordnung für die Bestimmung des Gewichts der Ansaugluft auf elektronischem Wege verwendet werden.

Das von der elektronischen Einrichtung 1 abgegebene Funktionssignal W₁ wird dem Hauptteil der Anordnung, einer elektronischen Schaltung 2 für die Berechnung der Leistungsabgabe Midzugeführt.

Die Schaltung 2 enthält zwei Funktionsgeneratoren 3 und 4, eine Summierschaltung 5 und eine Multiplikationsschaltung 6.

Der Funktionsgenerator 3 erhält von einer Abtasteinrichtung für die Drehzahl der Maschine ein der Drehzahl entsprechendes Analogsignal η zugerührt und erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, welches die eine Komponente K' der Leistungskonstante K darstellt. Der Funktionsgenerator 4 erhält von einer nicht gezeigten Abtasteinrichtung für den Unterdruck im Ansaugverteiler ein dem jeweiligen Unterdruck entsprechendes Analogsignal ρ zugeführt und erzeugt ein Ausgangssignal, welches die andere Komponente /(""der Leistungskonstante K darstellt. Die die beiden Komponenten K'una K"darstellenden Ausgangssigna-Ie werden über Widerstände π bw. Λ2 an die Summierschaltung 5 gelegt und darin addiert, wobei sich ein den Proportionalitätsfaktor A; der Maschine wiedergebendes Funktionssignal ergibt. Dieses Funk· lionssginal wird der elektronischen Multiplikationsschaltung 6 zugeführt, in der es mit dem von der elektronischen Einrichtung 1 abgegebenen, dem Gewicht der Ansaugluft entsprechenden Signal W\ multipliziert wird, woraus sich ein der Leistungsabgabe τ der Maschine entsprechendes elektrisches Ausgangssignal Mirfergibt.

F i g. 4 bis 6 zeigen eine Schaltung des Funktionsgenerators 3 der in Fig. 3 gezeigten Schaltung 2 sowie erläuternde Darstellungen seiner Wirkungsweise. Die in F i g. 4 gezeigte Schaltung enthält zwei Dioden D1 und D 2, an deren Kathoden über Widerstände R 1 und R 2 eine positive Spannung gelegt ist, um sie in Durchlaßrichtung zu sperren. Bei zunehmender Drehzahl der Maschine wird an einen Eingang 1 ein Drehzahl-Analogsignal mit einer die durch die Widerstände R 1 und R 2 vorgegebene Sperrspannung übersteigenden Spannung gelegt, so daß durch die Dioden Di und D 2 ein Strom in Durchlaßrichtung fließt und an einem Punkt ρ 1 eine Spannung erscheint (F i g. 5).

Die am Punkt ρ 1 erscheinende Spannung wird an einen negativen Eingang eines Verstärkers A 1 gelegt, dessen Ausgangsspannung über einen Widerstand R 4 an einen negativen Eingang eines Verstärkers A 2 gelegt wird. Wenn die Motordrehzahl abfällt, nimmt das Signal η ab, so daß ein Strom durch weitere Dioden D 3, D* und einen Widerstand R 8 fließt. Die Spannung am Pi'iikt ρ 2 wird an den negativen Eingang des Verstärkers A 2 über einen Widerstand R 5 angelegt.

Eine vorgegeben positive Spannung wird über einen Widerstand Rb dem positiven Eingang des Verstärkers A 2 zugeführt, so daß dieser an einem Ausgang ein die Komponente K' der Leistungskonstante K darstellendes Ausgangssignal abgibt. Es ist zu erkennen, daß die in F i g. 6 gezeigte Kurve eine der der in F i g. 1

J-; dargestellten Kurven sehr ähnliche Form hat.

F i g. 7 bis 9 zeigen eine Schaltung des Funktionsgenerators 4 der in Fig. 3 gezeigten Schaltung 2 sowie erläuternde Darstellungen seiner Wirkungsweise. Wird ein dem Unterdruck im Ansaugverteiler entsprechendes elektrisches Analogsignal ρ an einen Eingang 3 der in Fig.7 gezeigten Schaltung gelegt, so läßt eine Anordnung von in Reihe miteinander liegenden Dioden D'\, D'2, D'3 ... D'n einen Vorwärtsstrom durch, so daß an einem Punkt ρ 3 eine durch die Kurve in F i g. 8 j dargestellte Spannung erscheint. Der Spannungsverlauf am Punkt ρ3 folgt im wesentlichen einer in Fig. 8 eingezeichneten, aus zwei Geraden, X, ^'zusammengesetzten Linie. Die Geraden Xund Abschneiden sich in einem Punkt pO. Die Lage des Schnittpunkts pO ergibt sich aus der Anzahl der Dioden. Die am Punkt ρ 3 erscheinende Signalspannung wird über einen Widerstand R 8 an einen negativen Eingang eines Verstärkers A 3 gelegt, in welchem ihre Polarität umgekehrt wird (Fig. 9). Die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 3

v"> wird über einen Widerstand Ä9 an einen positiven Eingang eines Verstärkers A 4 gelegt. Eine vorgegebene positive Spannung wird über Widerstände R 10 und R 11 ebenfalls an den positiven Eingang des Verstärkers A 4 gelegt, so daß dieser an einem Ausgang 2 ein die

M) Komponente K" der Leistungskonstante K darstellendes Spannungssignal abgibt. Es ist zu erkennen, daß die in F i g. 9 gezeigte Kurve eine der in F i g. 2 dargestellten Kurven sehr ähnliche Form hat.
Das die Komponete K' darstellende elektrische

•ν. Spannungssignal wird in der Summierschaltung 5 mit dem die Komponente K" darstellenden Signal kombiniert, und die Summierschaltung gibt ein dem Proportionalitätsfaktor K der Maschine entsprechendes Funk-

tionssignal ab. Dieses wird in dor Multiplikationsschaltung 6 mit dem das Gewicht der Ansaugluft wiedergebenden Signal Wi multipliziert, wobei sich als Produkt ein der Leistungsabgabe M\d der Maschine entsprechendes Ausgangssignal ergibt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnuimen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung für die elektronische Messung der Leistung einer Brennkraftmaschine mit einer mit der Drehzahl der Maschine und einem Druckwert entsprechenden Analogsignalen gespeisten ersten Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmeßfühler zur Ermittlung des Druckwertes (p) im Ansaugverteiler der Maschine angeordnet ist, daß die erste Schaltung (3, 4, 5) einen ersten Funktionsgenerator (3), der mit Hilfe der Übertra (K') von Dioden ein Funktionssignal (Kl) der Drehzahl (ή) erzeugt, einen zweiten Funktionsgenerator (4), der mit Hilfe der Übertragungseigenschaft von Dioden ein Funktionssignal (K")tes Druckwertes (p) erzeugt, und eine Summierschaltung (5) aufweist, mit der die Funktionssignale (K', K") zu einem Proportionalitätsfaktor (K) entsprechenden ersten elektrischen Funktionssignal summiert werden, der die Leistungsabgabe (M\J) der Maschine mit dem Gewicht (W\) der Ansaugiuft nach der Beziehung