DE2326766C3 - Anordnung für die elektronische Messung der Leistung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Anordnung für die elektronische Messung der Leistung einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Mm=K- W\
verknüpft, und daß einer Multiplikationsschaltung
(6) das erste Funktionssignal und ein dem augenblicklichen
Gewicht (W\) der Ansaugluft entsprechendes zweites Funktionssignal zugeführt sind, die
ein der Leistung (M\a) entsprechendes Ausgangssignal
abgibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Funktionsgenerator (3)
wenigstens eine unter einer Sperrspannung einer vorgegebenen Höhe stehende u..d bei Anlegen eines
Drehzahlsignals (π) mit einer die vorgegebene Spannung übersteigenden Spannung einen Strom in
Durchlaßrichtung leitende Diode (DX, DI), einen mit einer an der Kathode der Diode erscheinenden
Spannung gespeisten ersten Verstärker (A X) zum Erzeugen eines einer erhöhten Drehzahl der
Maschine entsprechenden dritten elektrischen Funktionssignals, wenigstens eine mit der vorgegebenen
Spannung in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode (D 3, D 4), durch die ein Strom in Durchlaßrichtung
in Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal (η) 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, RS) 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)
wenigstens eine mit dem dem Unterdruck im AnsaugvRrteiler entsprechenden Signal gespeiste
Diode (D1X, D'l, D'3 ... D'n), einen mit der an der
Kathode der Diode erscheinenden Spannung gespeisten dritten Verstärker (A 3) zum Erzeugen
eines Funktionssignals mit einer der der Spannung an der Kathode der Diode entgegengesetzten
Polarität, eine Addierschaltung (R9 bis RXX) 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 (WX) 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 Anordnu-.ig für die
elektronische Messung der Leistung einer Brennkraftmaschine mit einer mit der Drehzahl der Maschine und
einem Druckwert entsprechenden Analogsignale^ 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 ;;us Zylinderdruck und Kolbenweg angegeben werden kann. Die bekannte Anordnung
weist ein elektronisches Druckmeßgerät zur Abgabe
jo 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
j5 Ausgangssignale beider Tachodynamos zusammengefaßt,
wobei der Spannungsteiler mit dem durch die Pleuelstangenlänge zum Kurbelradius gegebenen Ver-
- hältnis arbeitet, um damit die augenblickliche Kolbengeschwindigkeit
zu ermitteln. Dns die tlolbengeschwindigkeit angebende Signal wird dann mit dem elektrischen
Ausgangssignal des Druckmeßgerätes in einem Multiplikator multipliziert, um ein der augenblicklichen
Motorleistung entsprechendes Signal 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 miteinan-
bo der 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
b5 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 mii Hilfe der Übertragungseigenschaft
von Dioden ein Funktionssignal des Druckwertes erzeugt, und eine Summierschaltung aufweist,
mit der die Funktionssignale zu einem einem Proportionalitäisfaktor
entsprechenden ersten elektrischen Funktionssignal summiert werden, der die Leistungsabgabe
der Maschine mit dem Gewicht der Ansaugluft nach der Beziehung
Mu = K- W\
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 Gemische 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 mi. 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 Stcueranordnungen, 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 Drehmomcm der Maschine durch den Ausdruck
wiedergeben, worin
Mu = Leistungsabgabe oder Drehmoment der Maschine
in PS,
W\ = dem Gewicht der Ansaugluft in p/sec und
K = ein Proper iionalitätsfaktor ist.
K = ein Proper iionalitätsfaktor ist.
Aus dem Vorstehendem ist zu entnehmen, daß sich die Leistungsabgabe M\d durch Multiplizieren des Propor-
tjonalitätsfaktors K m t dem Wert IVi für das Gewicht
der Ansaugluft berechnen läßt. Da sich der Wert W\ 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 Proportionali'.ätsfaktors
K ermittelt werden. Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse von Messungen für den Proportionalitätsfaktor
K. Wie aus der Tabelle zu erkennen ist, läßt 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.
Werte des Proportionalitätsfaktors X
Drehzahl | Ansaug-Umerdruck ι | 660 | — mm | Hg abs) | 360 |
20 (U/min) | 720 | 1,05 ( | 560 | 460 | 0.62 |
1000 | 1,10 | 1,15 | ),98 | 0,77 | 0.68 |
2000 | 1,20 | 1,15 | ,07 | 0,83 | ü.68 |
3000 | 1,20 | 1,15 | ,07 | 0,83 | 0.68 |
25 4000 | 1,20 | 1,15 | ,07 | 0,83 | 0.68 |
5000 | 1,20 | 1,10 | ,07 | 0.83 | 0.65 |
6000 | 1,15 | ,02 | 0.80 | ||
Auf Grund dieser bekannten und z. B. in der 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
r> 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 P-oportionalitätsfaktor
K erzeugte erste Funktionssignale wird dann in der Multiplikationsschaltung mit einem zweiten
Fui ktionssignal multipliziert, das dem augenblicklichen
Gewicht der Ansaugluft entspricht. Am Ausgang der Multiplikationsschaltung ist zu jedem Augenblick ein
die augenblickliche Leistungabgabe der Brennkraftinaschine
angebendes Ausgangssignal verfügbar. Das das Gewicht der Ansaugluft angebende zweite Funktionssignal kann in der zuvor beschriebenen bekannten
Weise aus dem augenblicklichen Artsaugdruck, 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 erlaufen. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 ein Diagidmm zur Darstellung der Abhängig-
M) keit des Proportionalitätsfaktors K einer Brennkraftmaschine
von ihrer Drehzahl.
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung ilor Abhängigkeit
des Proportionalitätsfaktois K von Schwankungen
des Unterdrucks im Ansaugvcrtciler.
h5 Fig. 3 ein Blockschaltbild einer bevorjviiteii ΛικΙιίΙι
rungsform der Anordnung,
Fig. 4 ein Schaltbild des in l·' i g. .1 ^tvoigteii. mn
einem der Drehzahl der Maschine eiitspiivlirtuUn
elektrischen Analogsignal gespeisten ersten Funktionsgenerators,
Fig. 5 und 6 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des in F i g. 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. F i g. I zeigt die Abhängigkeit des Proportionalitätsfaktors von der Drehzahl der Maschine.
Däuci iii i.u uci ückMuiiiigen, uau sich der Wert des
Proportionalitätsfaktors K bei jeder gegebenen Größe des Unterdrucks in Übereinstimmung mit den aus
F i g. I zu entnehmenden drehzahlabhängigen Änderungen ändert. Fig. 2 zeigt demgegenüber die Abhängigkeit
des Proportionalitätsfaktors K vom Unterdruck im Ansaugverteiler. Auch hier ist zu berücksichtigen, daß
sich der Wert des Proportionaliuitsfaktors K für jede
ersehene Drehzahl in Übereinstimmung mit den aus I- ι g. 2 zu entnehmenden unterdruckabhänivr. r ' ;iderungen
ändert.
Das in Fig. 3 dargestellte Blockschaltbild der Anordnung zeigt eine elektronische F.inrichtung 1 zum
Bestimmen des Gewichts der von einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine anzusaugenden Luft. Die elektronische
Einrichtung 1 wird mit elektrischen Signalen η. ρ und t gespeist, welche die jeweiligen Werte für die
Drehzahl der Maschine bzw. den Unterdruck im Ansaugverteiler bzw. die Temperatur des angesaugten
Gemischs wiedergeben. i;nd erzeugt ein die Änderungen
des Gewichts der Ansaugluft wiedergebendes elektrisches Funktionssi;jnal 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 H^ wird dem Hauptteil der
Anordnung, einer elektronischen Schaltung 2 für die Berechnung der Leistungsabgabe M<
dzugeführt.
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 π zugeführt 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 K" dtr Leistungskonstanie K darstellt. Die die beiden
Komponenten K'und ^"darstellenden Ausgangssignale
werden über Widerstände r bw. rj an die Summierschaltung 5 gelegt und darin addiert, wobei sich
ein den Proportional^;! tsfaktor K der Maschine
wiedergebendes Funktionssignal ergibt. Dieses Funktionssginal wird der elektronischen Multiplikationsschaltung 6 zugeführt, in der es mit dem von dei
elektronischen Einrichtung I abgegebenen, dem Ge wicht der Ansaugluft entsprechenden !Signal W
multipliziert wird, woraus sich ein der Leistungsabgabf
der Maschine entsprechendes elektrisches Ausgangssi gnal Mirfergibt.
F i g. 4 bis 6 zeigen eine Schallung des Funktionsgene
rators 3 der in F i g. 3 gezeigten Schaltung 2 sowit erläuternde Darstellungen seiner Wirkungsweise. Die it
F i g. 4 gezeigte Schaltung enthält zwei Dioden D 1 im'
D 2. an deren Kathoden über Widerstände R ι iiiiu R ί
eine positive Spannung gelegt ist, um s'p in Durchbiß
richtung zu sperren. Bei zunehmender Drehzahl dci Maschine wird an einen Eingang I ein Drehzahl Ana
logsignal mit einer die durch die Widerstände R 1 unt R 2 vorgegebene Sperrspannung übersteigenden Span
nung gelegt, so daß durch die Dioden D 1 und D 2 eir
Strom in Durchlaßrichtung fließt VnH an einem Pun1'
ρ i eine Spannung erscheint (F i g. 5).
Die am Punkt p\ erscheinende Spannung wird ar einen negativen Eingang eines Verstärkers A I gelegt
dessen Ausgangsspannung über einen Widerstand RA an einen negativen Eingang eines Verstärkers A 2
gelegt wird. Wenn die Motoidrehzahl abfällt, nimmt da«
Signai η ab, so daß ein Strom durch weitere Dioden D 3
D4 und einen Widerstand A? 8 fließt. Die Spannung aiii
Pun^ ρ 2 wird <iü den negativen Fingen·- de«
Verstärke; λ A 2 über einen Widerstand R 5 angelegt.
Eine vorgegeben positive Spannung wird über einen Widerstand A? 6 dem positiven Eingang des Verstärker«
A 2 zugeführt, so daß dieser an eintip V -jang ein die
Komponente K' der Leistungskonslantc 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 dargestellten Kurven sehr ähnliche Form hat.
F i g. 7 bis 9 zeigen eine Schaltung des Funktionsgenerators 4 der in F i g. 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 F i g. 7 gezeigten Schaltung gelegt, so läßt eine
Anordnung von in Reihe miteinander liegenden Dioden D'\, D'2. D'3 ... D'n einen Vorwärtsstrom durch, se
daß an einem Punkt ρ 3 eine durch die Kurve in F i g. S
dargestellte Spannung erscheint. Der Spannungsverlaul am Punkt ρ 3 folgt im wesentlichen einer in Fig. 8
eingezeichneten, aus zwei Geraden, X. X'zusammengesetzten
Linie. Die Geraden X und X' schneiden 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
Af 8 an einen negativen Eingang eines Verstärkers A 3 gelegt, in welchem ihre Polarität umgekehrt wird
(Fig.9). Die Ausgangsspannung des Verstärkers A3
wird über einen Widerstand Af 9 an einen positiven Eingang eines Verstärkers A 4 gelegt. Eine vorgegebene
positive Spannung wird über Widerstände Af 10 und Af 11 ebenfalls an den positiven Eingang des Verstärkers
A 4 gelegt, so daß dieser an einem Ausgang 2 ein die 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 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 der Multiplikationsschaltiing
6 mit dem das Gewicht der Ansaugluft wiedergebenden Signal W1 multipliziert, wobei sich als
Produkt ein der Leistungsabgabe M\,i der Maschine
entsprechendes Ausganessignal ergibt.
llici/u 5 Mliill ZwcliMuimcn JjI
~ s
Claims (1)
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 Übertragungseigenschaft von Dioden ein Funktionssignal
(K') der Drehzahl (n) erzeugt, einen zweiten Funktionsgenerator
(4), der mit Hilfe der Übertragungseigenschaft von Dioden ein Funktionssignal (K")des
Druckwertes (/^erzeugt, und eine Summierschaltung
(5) aufweist, mit der die Funktionssignale (K', K")zu
einem Proportionalitätsfaktor (K) entsprechenden ersten elei. Tischen Funktionssignal summiert werden,
der die Leistungsabgabe (M\J) der Maschine mit dem Gewicht (Wt) der Ansaugluft nach der
Beziehung
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