DE2457434A1

DE2457434A1 - Vorrichtung zur bestimmung der kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2457434A1
Application number: DE19742457434
Authority: DE
Inventors: Valerio Dipl Ing Dr Bianchi; Reinhard Dipl Ing Dr Latsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-12-05
Filing date: 1974-12-05
Publication date: 1976-06-10
Also published as: GB1516411A; FR2293596A1; JPS5167832A; US4133320A

Description

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Dipl. Ing. Peter Otte 7 STUTTGART 8O (Vaihingen)

Patentanwalt Waldburgstraße 48

Telefon (0711) 73 46 27

1123/ot/r

6. November 1974

Firma

Robert Bosch GmbH

7ooo Stuttgart

Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen durch Ableitung des pro Hub zuzuführenden Kraftstoffbedarfs aus der jeweiligen Drehzahl und Drosselklappens teilung.

Bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen ist es wesentlich, die auf jeden Hub der Brennkraftmaschine entfallende Kraftstoffmenge so an die angesaugte Luftmenge anzupassen, daß der Verbrennungsvorgang weder zu einem Leistungsverlust führt noch mit KraftstoffÜberschuß erfolgt, weil dies zu einer übermäßigen Erzeugung umweitschädlicher Gase führt.

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Man strebt daher ein den Brennräumen zuzuführendes Kraftstoffluftgemisch an, welches sich im stöchiometrischen Verhältnis befindet (j\ = 1) oder bei welchem sogar ein Luftüberschuß vorliegt; man erhält dann ein relativ mageres Gemisch, wodurch es in besonders vorteilhafter Weise gelingt, die schädlichen Abgasanteile zu reduzieren und daher auch den stetig ansteigenden Forderungen hinsichtlich einer besseren Reinerhaltung der Luft zu entsprechen.

Um die Menge des pro Hub zuzuführenden Kraftstoffs bzw. die Kraftstoffeinspritzdauer bei der Verwendung von elektromagnetisch betätigten Einspritzventilen einwandfrei festlegen zu können, ist es erforderlich, die angesaugte Luftmenge zu kennen. Hierzu bietet sich einmal die Messung der den Ansaugkanal durchströmenden Luftmenge mit Hilfe einer Stauscheibe an, die entgegen einer Rückstellkraft durch den angesaugten Luftstrom verstellbar ist und zur Veränderung mit ihr gekoppelter, anzeigender Mittel dient. Allerdings ist bei der Messung der angesaugten Luftmenge mittels einer Stauscheibe ein verhältnismäßig hoher Aufwand erforderlich, auch ergibt sich der Nachteil, daß bei dem durch Öffnen der Drosselklappe erfolgenden Gasgeben die Erhöhung des Drehmoments erst mit einer gewissen Verzögerung einsetzt, weil sich die angesaugte Luftmenge erst mit Verzögerung der neuen Drosselklappenstellung anpasst.

Anstelle der Luftmengenmessung ist es auch möglich, bei der Bestimmung der Einspritzdauer von den Größen Drehzahl und Saugrohrdruck auszugehen, wobei mit Hilfe der Kennlinie eines solchen Druckfühlers die Abhängigkeit der Kraftstoffmenge vom Saugrohrdruck für eine bestimmte Drehzahl ermittelt werden kann. Auch die Saugrohrdruckmessung ist kompliziert und man benötigt wie bei der Stauscheibenmessung zu-

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sätzliche Geber, wobei die erwähnte Verzögerung bei der Drehmomenterhöhung auch hier vorliegt. Außerdem ist es erforderlich;zur Erzielung eines guten Überganges bei Änderung der Drosselklappenstellung während der Ubergangsphase mit Hilfe einer zusätzlichen Vorrichtung eine gewisse Kraftstoffanreicherung zu erzeugen.

Es ist auch schon bekannt, den Kraftstoffbedarf aus zwei relativ einfach zugänglichen Motordaten zu gewinnen, nämlich aus der Motordrehzahl η und dem Drosselklappenwinkel cC Bei mechanischen Einspritzpumpen verwendet man zur Bestimmung der Fördermenge einen Raumnockeh, der die Mengenfunktion für jeweils eine gegebenen Drehzahl und einen gegebenen Öffnungswinkel der Drosselklappe festlegt.

Es ist auch bekannt, die einzuspritzende Kraftstoffmenge auf elektrischem Wege durch Zuführung der Motordatendrehzahl und Drosselklappenwinkel zu bestimmen, was im Grunde auch erwünscht ist, da hier keine zusätzlichen Geber erforderlich sind und sich aus der Stellung der Drosselklappe relativ leicht, beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Potentiometers ein entsprechendes Signal gewinnen läßt; andererseits der Drehzahl entsprechende Signale entweder aus dem Zündungsbereich abgeleitet werden können oder doch durch einfache Abtastung einer Marke an der Kurbelwelle mit Hilfe eines bevorzugt induktiven Gebers gewonnen werden können.

Allerdings hängt die der Brennkraftmaschine pro Hub zuzuführende Kraftstoffmenge in relativ komplizierter Weise von der Drehzahl und der Drosselklappenstellung ab und es ergibt sich bei entsprechender Durchmessung für jede Art eines Motors ein bestimmtes, in diesem Zusammenhang schon bekanntes Kennfeld, welches zur Verdeutlichung in der weiter unten

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noch zu besprechenden Figur 2 dargestellt ist. Wegen des komplizierten, nicht linearen Zusammenhangs ist es bisher als nicht möglich angesehen worden, eine die einzuspritzende Kraftstoffmenge angebende Funktion mit vertretbarem Aufwand nachzubilden. Da die Funktion t. = f (oC, n) auf direktem Wege nur schwer realisierbar ist, wobei t. die Einspritzdauer des pro Hub einzuspritzenden Kraftstoffs darstellt, der mit vorgegebenem Druck an den Einspritzventilen anliegt und daher der Kraftstoffmenge Q proportional ist, o£ die jeweilige Stellung der Drosselklappe und η die jeweilige Drehzahl, wird bei einer bekannten Schaltung so vorgegangen, daß zur Erzielung der auf direktem Wege schwer realisierbaren obigen Funktion eine durch ein Tiefpassfilter einer Impulsformerstufe leichter realisierbare Funktion geschaffen und diese in einer nachfolgenden Multiplizierstufe mit einer Funktion multipliziert wird, die von der Drehzahl abhängt. Hierdurch ergibt sich aber ein beträchtlicher Aufwand. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen zu schaffen, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge aus der jeweiligen Drosselklappenstellung und der Drehzahl der Brennkraftmaschine ableitet und die in einer vorteilhaften Ausgestaltung in der Weise in eine Gesamtregelungsschaltung integriert ist, daß sich die Kraftstoffeinspritzmenge mit sehr hoher Präzision in der Weise bestimmen läßt, daß mindestens ein stöchiometrisches Brennstoffluftverhältnis eingehalten ist oder mit Luftüberschuß gearbeitet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der eingangs genannten Vorrichtung und besteht erfindungsgemäß darin, daß eine analoge Rechenschaltung vorgesehen ist, in welcher dem charakteristischen, jeweils vorab zu messenden

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Kennfeld für jede Art einer Brennkraftmaschine entsprechende Kenndaten durch entsprechende Auslegung der Rechenschaltung so gespeichert sind, daß bei Zuführung von der Drosselklappenstellung und der Drehzahl entsprechenden Signalen die Einspritzdauer aus der Aufladezeit eines Kondensators ableitbar ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dann dieser analoge Rechenschaltung, die in der Lage ist, bei Zuführung von der Drosselklappenstellung und der Drehzahl entsprechenden Signalen einen vorgegebenen, nach dem Kennfeld erforderlichen Impuls abzugeben, dessen Dauer der einzuspritzenden Kraftstoffmenge proportional ist, noch eine Regelschaltung überlagert bzw. diese Rechenschaltung ist Teil eines Gesamtregelungssystems in der Weise, daß aus dem Motorverhalten abgeleitete Daten in entsprechender Form zur Rechenschaltung rückgeführt werden, die die Dauer der von ihr abgegebenen Einspritzbefehle entsprechend modifiziert. Als rückgeführte Daten können hier Signale aus einem die Laufruhe der Brennkraftmaschine abtastenden System oder aus einem System verwendet werden, welches durch Messung der Abgasverhältnisse mit Hilfe einer Sonde in der Lage ist, eine dem ursprünglichen Brennstoffluftgemisch entsprechende Maßzahl abzuleiten. Es ist auch möglich, diese beiden Rückführdaten in Kombination zu verwenden. Da die vorliegende Erfindung in besonderer V/eise geeignet ist, die Rechenschaltung anzugeben, die als Funktion der Drehzahl und der Dr osselklappenstellungswerte die Einspritzdauer errechnet, ist sie in der Lage,eine gleichzeitig eingereichte Anmeldung der gleichen Anmelderin (meine Akte 1119) zu verbessern, so daß die vorliegende Anmeldung eine Zusatzanmeldung zur erwähnten Hauptanmeldung darstellt.

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In der Hauptanmeldung ist speziell auf die Ausbildung der Vorrichtung als Regelsystem eingegangen, wobei eine dort vorgesehene Rechenschaltung 8 bei abgespeichertem, jeweils spezifischem Kennfeld die endgültigen," beispielsweise Einspritzventilen zuzuleitenden Einspritzimpulse veränderlicher Dauer erzeugt. Eine solche Rechenschaltung wird im folgenden genauer erläutert; die vorliegende Erfindung betrifft daher speziell die elektronische Nachbildung eines Drehzahl-Drosselklappenwinkel-Kennfeldes.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden wird Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Gesamtdarstellung einer Brennkraftmaschine mit zugeordneter Rechenschaltung zur Ermittlung der Kraftstoffeinspritzdauer in einem Gesamtregelsystem,

Figur 2 zeigt ein für jede Brennkraftmaschine unterschiedliches, spezifisches Kennfeld,

Figur 3 zeigt das Kennfeld der Figur 2 in einer modifizierten Darstellung, wobei auf der Abzisse statt der Drehzahl der reziproke Wert, nämlich die Periode oder Verlaufszeit/ aufgetragen ist,

Figur 4 zeigt die nicht-lineare Abhängigkeit einer aus dem · Kennfeld der Figur 3 ableitbaren Zeitkonstanten vom Drosselklappenwinkel, die .

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"Figur 5 zeigt die Rechensehaltung und die

Figur 6 verschieden© Kurvenverläufe an entsprechenden Punkten-der Rechenschaltung nach Figur 3»

Auf die Darstellung der Figur 1 braucht nur noch kurz eingegangen zu werden., da ihr grundsätzlicher Aufbau und ihre Wirkungsweise schon in der weiter vorn erwähnten Hauptanmeldung ausführlich erläutert worden ist. Wesentlich ist, daß eine mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Rechenschaltung vorgesehen ist, die an ihrem Ausgang ein .Signal abgibt, welches in seiner Dauer proportional ist zur Dauer der den Einspritzventilen 2 zugeführten Einspritzbefehle und die an ihrem Eingang beaufschlagt ist im wesentlichen einmal mit von der Drosselklappenstellung abgeleiteten Signalen und mit zur Drehzahl proportionalen Signalen. Dieser Rechenschaltung 1 ist das in Figur 2 gezeigte charakteristische Kennfeld einer Brennkraftmaschine eingegeben, d.h. die Rechensehaltung "kennt" dieses Kennfeld und ist in der Lage dann, wenn man ihr momentane Eingangswerte der Drehzahl und der Drosselklappenstellung gibt, die hierzu gehörende richtige Kraft st off menge bz^v. Einspritz dauer anzugeben.

Der erfindungsgemäßen elektronischen Rechenschaltung gelingt dies auf folgende Weise, wobei zunächst noch auf die Darstellung der Figur 3 eingegangen wird. In dieser Darstellung ist anstelle der Drehzahl η deren proportionaler Reziprokwert, nämlich die Umlaufzeit der Kurbelwelle T aufgetragen, wobei T = °°/n ist, bei η in ^u/min. Im Grunde entspricht die Darstellung der Figur 3 derjenigen der Figur 2, wobei die Kurvenschar, die als Parameter den Drossel-

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klappenwinkel hat, ihren theoretischen Ursprung bei einer endlichen, sehr kleinen onlaufszeit findet. Man erkennt aus der Darstellung der Fig. 3 jedoch gleichzeitig, daß die Linien für konstanten Drosselklappenwinkel näherungsweise e-Funktionen beschreiben, wobei zu jedem oc-wert eine entsprechende Konstante im Exponenten von e gehört. Die Kurvenschar der Fig. 3 läßt sich daher etwa durch folgende Gleichung beschreiben:

t ^-' t χ (1 - e - -^- ) .
^ri ~ i max ^u T

Aus der Darstellung der Figur 3 läßt sich schließlich noch der Kurvenverlauf nach Figur l± gewinnen in der Weise, daß man für jeden Öffnungswinkel oC der Drosselklappe zwischen 0 und 90 ° die Zeitkonstante der e-l^?unktionen der Figur 3 ermittelt, man sieht sofort, daß die Zeitkonstante für kleine Öffnungswinkel ©C der Drosselklappe sehr groß sein muß (langsamer Anstieg der e-Funktionen) für große Öffnungswinkel aber klein ist, so daß sich der in Figur l\- gezeigte hyperbolische Verlauf ergibt. Allgemein gilt

Die Konstante k ist hierbei näherungsweise nur eine Funktion von Hubvolumen und Drosselklappenfläche einer Brennkraftmaschine; man sieht, daß in Figur ^ die Kurvenverläufe f übev oC für verschiedene Brennkraftmaschinen aufgezeichnet sind ( k als der Brennkraftmaschine eigener Parameter ebenfalls veränderlich).

Die in Figur 5 dargestellte elektronische Schaltung ist nun in der Lage, aufgrund einer speziellen Dimensionierung einzelner ihrer Schaltelemente, worauf weiter unten noch

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eingegangen wird, und bei Zuführung der erwähnten Eingangsdaten, Drosselklappenstellungswinkel und Drehzahl proportionales Signal,jeweils immer eine der erforderlichen Kurvenverläufe der Figur 3 im wesentlichen indentiscn nachzubilden und eine Aussage über die jeweils der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffrnenge zu liefern* Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Erläuterung der Figur 5 sei sofort darauf hingewiesen, daß es die Spannung am Kondensator C, ist, die nach erfolgter gesteuerter Aufladung ein Maß für die Einspritzdauer t. oder der einzuspritzenden Kraftstoffmenge bildet.

In der Schaltung der Figur 1 sind zunächst zwei Transistoren T. und Tp vorgesehen, die als monostabiler Multivibrator geschaltet sind. Die Arbeitsweise eines solchen monostabilen Multivibrators ist an sich bekannt, es sei lediglich noch kurz darauf hingewiesen, daß der Emitter des Transistors T₁ direkt an Masse und seine Basis über einen Widerstand Ep ebenfalls an Masse und einen Widerstand β-, am Kollektor des Transistors Tp liegt. Der Transistor Τ- liegt mit seinem Emitter an Masse, seine Basis liegt über einen Widerstand R,- an Masse und über eine für negative Spannungen in Sperrichtung gepolte Diode Dp und den schon erwähnten Kondensator C, am Kollektor des Transistors T*. Dadurch ist die Uberkreuzschaltung gebildet, der Kollektor des Transistors Tp liegt über einen Widerstand Rr und der Verbindungspunkt S von Diode Dp und Kondensator .C,, auf den noch zu sprechen kommen wird, über einen, gegebenenfalls einstellbaren Widerstand R, an positivem Potential. Angesteuert wird der monostabile Multivibrator am Eingang A über einen Widerstand R₁ und eine für positive Spannungen in Flußrichtung gepolte Diode D.

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an der Basis des Transistors T.. Die zur Einspritzdauer t. proportionale Impulse werden abgenommen an dem Kollektoranschluß des Transistors Tp. Zum besseren Verständnis sei auf dem linker Hand des monostabilen Multivibrators angeordneten Schaltungsteil nicht eingegangen, sondern es sei angenommen, daß der Kollektor des Transistors T, zunächst über einen fiktiven Widerstand R_E ebenfalls mit positivem Potential verbunden ist. Damit es gelingt, daß diese Schaltung aus der Periodendauer T und der Drosselklappenstellung oC eine Impulsdauer t. erzeugt, die den in Abbildung 3 dargestellten Zusammenhängen entspricht, ist es erforderlich, daß der fiktive Widerstand R™ mehreren Bedingungen folgt. Der Widerstand R^ bildet mit dem Kondensator C, die Aufladezeitkonstante X = R-p · C| und diese Zeitkonstante ist identisch zur Zeitkonstanten V der Darstellung der Figur Zf. Da der Kondensator C₁ konstant ist, muß es der Widerstand R₁-, sein, der darüberhinaus der Reziprokbeziehung der Figur k bezüglich des Drosselklappenwinkels genügt.

Realisiert wird der Widerstand Rg beim Ausführungsbeispiel durch eine Kombination zweier weiterer Transistoren Τ-,.-und T, , wobei der Transistor T, über einen als Rückkopplung wirkenden Widerstand Rr₇ mit seinem Eüitter an positivem Potential liegt und sein Kollektor mit dem Kollektor des Transistors T. verbunden ist. An diesem Verbindungspunkt ist auch die Basis des Transistors T, angeschlossen, dessen Kollektor an Masse oder dem jeweiligen negativen Potential liegt und dessen Emitter an dem einen Anschlußpunkt eines Potentiometers P₁ gelegt ist, dessen Abgriff mit der Basis des Transistors T, und dessen anderer Anschlußpunkt über einen Widerstand Rg, der einstellbar ist und eine in Flußrichtung gepolte Diode D^ an positivem Potential liegt. Das Potentio-

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meter P. ist der Drosselklappe zugeordnet, das bedeutet,

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daß sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Stellung der Drosselklappe mittels des Potentiometers P, bestimmt. Eine weitere Möglichkeit zur Messung des Drosselklappenwinkels °C wäre beispielsweise die Verwendung einer Tauchspule oder sonstiger geeigneter Gebersysteme. Es läßt sich zeigen, daß es durch diese Schaltung gelingt, den Widerstand R_E so nachzubilden, daß dieser -nur noch von der Potentiometerstellung_, jedoch nicht vom Widerstandswert des Potentiometers abhängt, wobei außerdem die in Abbildung l\. jeweils dargestellte Hyperbel für ein vorgegebenes Verhältnis K^ Hubraum/Drosselklappenfläche approximiert wird. Zunächst sei angenommen, daß der Widerstand Rn nicht vorhanden ist, und daß im übrigen die sehr kleine Basis-Emitterspannung des Transistors T, kompensiert ist durch die Diodenspannung der Diode D^, die zu diesem Zweck vorgesehen ist. Dann ergibt sich aus der Darstellung der Figur 5 die folgende Formel I^ =

Da der Transistor T-, als Emitterfolger geschaltet ist, liegt zwischen seiner Basis und seinem Emitter lediglich die geringe Basis-Emitterspannung, die hier im wesentlichen vernachlässigt werden kann. Das bedeutet, daß die Spannung U, der Spannung Um über den Widerstand R₁-, und der Emitterkollektorstrecke des Transistors T, direkt proportional ist, und lediglich von der Stellung des Potentiometers P, abhängt. Es gilt dann folgender Zusammenhang

wobei <?C die Stellung des Potentiometers P. bzw. die Drosselklappenstellung angibt und sich zwischen folgenden Werten ändern kann: θέα ^ 1. Der Wert 1 entspricht dabei der vollen öffnung der Drosselklappe. Damit ergibt sich folgende Formel für den Strom I durch den Widerstand R_: I_ ?» ^T / oc . !_____ _ . __ _ ' ^T R

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Da sich der weiter vorn angenommene fiktive Widerstand R^₁ als das Verhältnis der Spannung Um zum Widerstand I_m darstellen läßt, ergibt sich somit für diesen fiktiven Widerstand -R-p, der durch die tatsächliche Schaltung mit den beiden Transistoren T₇ und T, realisiert ist, folgender Wert:

Aus dieser Formel läßt sich zunächst entnehmen, daß der fiktive V/iderstand R_E ausschließlich eine Funktion ist, der Stellung des Potentiomenters P,, jedoch nicht seines jeweiligen Widerstandswertes, der der Stellung nicht notwendigerweise proportional zu sein braucht. Des weiteren läßt sich dieser Formel entnehmen, daß der fiktive V/iderstand R_E umgekehrt proportional ist zum Drosselklappenstellungswinkel CiC (wobei angenommen werden soll, daß die Potentiometerfunktion im wesentlichen der Drosselklappenstellung entspricht), daher wird der Bedingung der Figur if, nämlich dem dort dargestellten hyperbolischen Kurvenverlauf Genüge getan. Der auf diese Weise gebildete fiktive Widerstand^ reagiert daher wie ein Widerstand, ist jedoch dem Drosselklappenstellungswinkel umgekehrt proportional, so daß sich insgesamt eine spannungsgesteuerte Konstantstromquelle ergibt. Spannungsgesteuert ist diese Konstantstromquelle deshalb, weil im Verlauf eines Aufladezyklus des Kondensators C, sich die Spannung am Kollektor des Transistors T, selbstverständlich ändert und diese Änderung sich, da sie gleichzeitig auch am Potentiometer P₁ auftaucht, über die Basis des Transistors T, steuernd auf dessen Stromfluß auswirkt. Es ergeben sich daher bei der Aufladung des Kondensators C-je nach dem Wert des fiktiven Widerstandes R_E Aufladekurven, die den Verlauf einer e-Funktion aufweisen und den Kurven der Darstellung der Figur 3 entsprechen. Die Aufladezeit-

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konstante Τ' hat dabei folgenden Wert:

B₇

⁰ = sz ^{J c}i ·

In der Darstellung der Figur 6 d sind einige mögliche Kurvenverläufe der Aufladung des Kondensators C₁ gestrichelt und ein Kurvenverlauf durchgezogen dargestellt.

Die Wirkungsweise der Schaltung der Figur 5 ist daher

Freemen? der folgende. Gelangt auf den Eingang A ein positiver, in seinerY Umlaufzeit T proportionaler und daher der Drehzahl umgekehrt proportionaler Impuls, wobei die Größe des Impulses und seine Breite ohne Bedeutung sind (Kurvenverlauf der Figur 6 a), dann wird der Transistor T- leitend und sein Kollektorpotential fällt von einem, durch das Ausmaß der Aufladung des Kondensator C, bestimmten Niveau auf 0 ab. Gleichzeitig überträgt- sich auf den Schaltungspunkt S über den Kondensator C, eine negative Spannung, deren Maximalwert dem Maximalwert der vorher am Kollektor des Transistors T, erreichten positiven Spannung entspricht (Kurvenverlauf der Figur 6 b); mit anderen Worten, der Kondensator C₁ differentiert die an seine andere Seite angelegte und auf die Triggerung des Transistors T₁ zurückzuführende Sprungfunktion und überträgt zunächst die volle negative Spannung auf dem Schaltungspunkt S, an welchem sie dann anschließend entsprechend einer durch den Widerstand ßZf bestimmten Zeitkonstante wieder abklingt. Da dadurch zunächst nunmehr am Schaltungspunkt S negatives Potential herrscht, überwiegt das negative Potential auch an der Basis des Transistors T₂ und dieser gerät sofort in seinen Sperrzustand, was einer Änderung seines Kollektorpotential auf positive Werte entspricht (Kurvenverlauf der Figur 6c). Dies alles ge-

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schieht zum Zeitpunkt t.. der Figur 6 und je nach dem Ausmaß der auf den Schaltungspunkt S übertragenen negativen Spannung (entsprechend dem Wert U^ der Figur 6b) dauert dieser Zustand an, bis die negative Spannung sich am Schaltungspunkt S bis auf einen solchen positiven Wert Up geändert hat, daß der Transistor T wieder leitend wird. Dies geschieht zum Zeitpunkt tp, in diesem Moment ändert sich das Potential am Kollektor des Transistors Tp wieder auf einen Wert von annähernd 0.

Da nun aber die auf den Schaltungspunkt S übertragene negative Spannung (deren Abklingen schließlich das Umschalten des Transistors T₀ bewirkt) in ihrer Maximalvorher ^

amplitude dem erreichten positiven Spannungswert am Kollektor des Transistors T, entspricht und da dieser positive Spannungswert eindeutig abhängt 1) von der Zeitkonstanten T" (und damit vom Drosselklappenstellungswinkel oC ) und zum anderen von dem Zeitpunkt, an welchem die Aufladung des Kondensators C₁ durch das Eintreffen eines nächsten Triggerimpulses entsprechend dem Kurvenverlauf der Figur 6 a am Eingang des Transistors T. unterbrochen wird (und dies ist wiederum der Umlaufzeit T proportional), ist die Dauer des positiven Impulses am Kollektor des Transistors Tp eindeutig ebenfalls durch diese beiden Größen bestimmt. Wie man sieht_/ gelingt es daher der Schaltung der Figur 5, das Kennlinienfeld der Figur 3 auf elektronischem Wege jeweils zu jedem erforderlichen Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und der Umlaufzeit T dynamisch neu zu bilden, wobei selbstverständlich die Werte des Widerstandes R₇ und des Kondensators C₁ als Variable zur Festlegung des gesamten Kennlinienfeldes frei verfügbar sind.

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In der Darstellung der Figur 6 sind einige mögliche Kurvenverläufe gestrichelt dargestellt.

Auf einen Umstand sei noch hingewiesen. Es ist ja soeben erläutert v/orden, daß die Dauer der Aufladung des Kondensators Cj durch die Umlaufzeit T bestimmt wird, so daß am Ende eines Umlaufs am Kondensator C, eine Spannung anliegt, die der Einspritzdauer t. proportional ist. Die Umwandlung dieser Spannung in eine Zeit geschieht im Grunde dadurch, daß ausgelöst durch den Auslöseimpuls der Figur 6 a der Transistor T. leitend wird und sich der Kondensator Cj über den Widerstand R, entlädt. Streng genommen müßte diese Entladung mit Konstantstrom erfolgen, d.h. die Änderung der negativen Spannung am Punkte S (Kurvenverlauf der Figur 6 b) müßte in 'Richtung positive Werte linear verlaufen, da jedoch höchstens der halbe Hub der e-Funktion durchfahren wird, ist die Näherung wegen der anfänglichen Linearität ausreichend.

Ohne· den in der Darstellung der Figur 5 vorhandenen Widerstand Rp, der einstellbar ist, wäre die Stellung oC = 0 des Potentiometers P₁ (Drosselklappe geschlossen) ein Betriebspunkt ohne Verbrennungsluft, d.h. t. = 0. Der Motor benötigt hier jedoch eine gewisse Leerlaufluftmenge, die über den Leerlaufkanal zugeführt wird und auch eine Leerlaufkraft stoffmenge, die durch den einstellbaren Wert des Widerstandes Rg bestimmt wird. Will man jedoch den Widerstand Rg aus irgendwelchen Gründen nicht einführen (Erzielung einer Abhängigkeit nur von der Stellung des Abgriffs), dann kann bei R_E auch ein, allerdings relativ hochohmiger Widerstand rea! angeordnet werden, der zur Leerlaufeinstellung und sonstiger

Daten dienen kann. _: ——""

Die obere Begrenzung der Kurvenscharen der Figur 1 kann mit Hilfe des Widerstandes R, eingestellt werden. Des weiteren läßt sich der Darstellung der Figur 3 entnehmen, daß die Kurvenscharen ihren Ursprung nicht bei den Koordinaten t. =0, T=O haben, sondern bei endlichen T-Werten, d.h. der Motor

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benötigt, wie eine Extrapolation der Kurven (gestrichelt auf einen Wert t_. = 0 durchgeführt) zeigt, schon bei einer allerdings sehr hohen endlichen Drehzahl theoretisch keine Kraftstoffmenge mehr.

Die erfindungsgemäße Schaltung der Figur 5 berücksichtigt diese Erscheinung automatisch, indem, wie der Darstellung der Figur 6 d beispielsweise entnommen werden kann, für den Spannungsanstieg am Kollektor des Transistors T. oder für die Aufladung des Kondensators C, nicht die volle Periodendauer T verwendet wird, sondern lediglich die Differenz zwischen dieser und t.; mit anderen Worten, es beginnt der Aufladevorgang des Kondensators erst zum Teitpunkt t und wird zum Zeitpunkt t durch den Triggerimpuls der Umlaufzeit beendet.

Durch die Schaltung wird gleichzeitig erreicht, daß die t.-Werte, die einer Drosselklappenänderung folgen, zunächst größer (Beschleunigung) bzw. kleiner (Verzögerung; als dies den jeweiligen Drosselklappenwerten oC entspricht (Übergangsanreicherung bzw. Verzögerungsabmagerung).

Der am Kollektor Tp abgenommene gewünschte t.-Impuls wird schließlich noch einer nicht dargestellten Multiplizierstufe zugeführt, die das Stellsignal erzeugt; es ist diese Multiplizierstufe, der die weiter vorn noch erwähnten Regelsignale, Eingriffe und Korrekturen zugeführt werden können, d.h. an welcher sich die überlagerte.'Regelung in entsprechender V/eise auswirkt. Die erfindungsgemäße Schaltung der Figur 5 stellt lediglich die Rechenschaltung dar, die, wie

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schon; erwähnt, das Drehzahl-Drosselklappenvvinkel-Kennfeld elektronisch nachbildet und damit eine Vorsteuerung der jeweils erforderlichen Einspritzmenge angibt, die im Grunde· auch relativ grob gehalten sein kann, da aufgrund der Regelung nach der Hauptanmeldung dann eine äußerst feinfühlige Steuerung des Motorverhaltens erzielt werden kann. Als mögliche Regelverfahren kommen dabei die Regelung der Luftzahlftauf den Wert 1- oder magerer in Frage, eine Laufruhenregelung oder eine Extremwertregelung von max. Drehmoment. M- und minimalen Kraftstoffverbrauch.

Wird jedoch mit einer reinen Steuerung aufgrund der erfindungsgemäßen Schaltung gefahren, dann wäre gegebenenfalls noch eine .Drehzahlkorrektur insbesondere-im Bereich der Vollast erforderlich, diese läßt sich durch eine entsprechende Auslegung des Widerstandes R,, der auch variabel geschaltet sein kann, erreichen. Bei einer Gesamtregelung ist dies jedoch nicht erforderlich, da diese die Drehzahlkorrektur mit übernehmen kann.

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Claims

Patentansprüche:

[Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen durch Ableitung des pro Hub zuzuführenden Kraftstoffbedarfs aus der 'jeweiligen Drehzahl und der Drosselklappenstellung, dadurch gekennzeichnet, daß eine analoge Rechenschaltung (1) vorgesehen ist, in v/elcher dem charakteristischen, jeweils vorab zu messendem Kennfeld für jede Art einer Brennkraftmaschine entsprechende Kenndaten durch entsprechende Auslegung der Rechenschaltung (1) so gespeichert sind, daß bei Zuführung von der Drosselklappenstellung (o£) und der Drehzahl (n) entsprechenden Signalen die Einspritzdauer (t.) aus der Spannung am Ende der Aufladezeit eines Kondensators (C.) ableitbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladezeitkonstante (f) des Kondensators so bestimmt ist, daß diese umgekehrt proportional zur Stellung (p£) der Drosselklappe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (CH) Teil eines aus zwei Halbleiterschaltelementen (T₁, Tp) gebildeten monostabilen Multivibrators ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator aus zwei Transistoren (T₁, Tp) besteht, wobei die Basis-Elektroden beider Transistoren über Widerstände (R₂, R^) und ihre Emitter direkt mit

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Masse verbunden sind, und daß der Kollektor des einen Transistors (T₂), an welchem gleichzeitig das der einzuspritzenden Kraftstoffmenge proportionale Einspritzdauersignal (tj) abnehmbar ist, über einen weiteren Widerstand (R^) an der Basis des anderen Transistors (T₁) liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder l+, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung des anderen Transistors (T₁) zur Basis des anderen Transistors (Tp) der Kondensator (C₁) liegt, und daß Basis und Kollektor dieses Transistors (T₂) über weitere Widerstände (R,, R/-) an positivem Potential liegen.
6. Vorrichtung nach einem oder mehrern der Ansprüche Ί bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Aufladezeitkonstante (T) des Kondensators (C₁) bestimmende Widerstand (R-up gebildet ist von der Reihenschaltung der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors (T,) und eines Widerstandes (Rr₃).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis des Transistors (T,), dessen Kollektor mit dem Kollektor des anderen Transistors (T.) des monostabilen Multivibrators verbunden ist, ein der Drosselklappenstellung proportionales Signal zugeführt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung der Drosselklappenstellungswerte ein Potentiometer (P₁) vorgesehen ist, dessen Abgriff mit der Basis des im Kollektorzweig des anderen Transistors (T₁) liegenden Transistors (T,) und dessen

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einer Anschlußpunkt an positivem Potential und dessen anderer Anschlußpunkt belastungsfrei mit dem Verbindungspunkt der Kollektoren der beiden Transistoren (T₁, T,) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Anschlußpunkt des Potentiometers (P,) mit dem Emitter eines als Emitterfolger geschalteten weiteren Transistors (T₇) verbunden ist, dessen Kollektor an negativem Potential oder Masse liegt und dessen Basis mit dem Verbindungspunkt der Kollektoren der Transistoren (T., T,) und des Kondensators (C,) verbunden ist.
1o. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der' eine Anschlußpunkt des Potentiometers (P,) zur Kompensation der Basis-Emitterspannung des den Aüfladewiderstands (R₁₇,) des Kondensators (C₁ ) bildenden Transistors (T, ) über eine in Flußrichtung geschaltete Diode (O_x) mit Masse verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Diode und Anschlußpunkt des Potentiometers (P,) zur Leerlaufeinstellung ein einstellbarer Widerstand (Ro) geschaltet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis des anderen Transistors (T₁) über die Reihenschaltung eines Widerstandes (R.) und einer in Flußrichtung geschalteten Diode (D ) der Drehzahl'proportionale Impulse zuführbar sind.

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kraftstoffeinspritzdauer (t.) proportionalen Ausgangsimpulse des einen Transistors (Tp) des monostabilen Multivibrators einer nachgeschalteten Multiplizierstufe zugeführt ist, der zusätzliche, aus dem Motorverhalten gewonnene Regelimpulse zugeleitet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelimpulse abgeleitet sind aus der Laufruhe

■ der Brennkraftmaschine (Laufruhenregelung).
15. Vorrichtung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Multiplizierstufe zugeleiteten Regelimpulse abgeleitet sind aus der Luftzahl (JA.), die mit Hilfe einer Sonde im Abgaskanal der Brennkraftmaschine bestimmbar ist.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15j dadurch gekennzeichnet, daß eine kombinierte Laufruhen- und Luftzahl-Regelung vorgesehen ist, derart, daß bei Laufruhenregelung eine überlagerte Regelung auf Luftzahlen von Λ~ Α Vorrang hat.
17. Vorrichtung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelimpulse aus einer Extremwert-Regelung von maximalem Drehmoment und minimalem Kraftstoffverbrauch gewonnen sind.

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