DE2632319A1

DE2632319A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der zusammensetzung des einer brennkraftmaschine zugefuehrten betriebsgemisches

Info

Publication number: DE2632319A1
Application number: DE19762632319
Authority: DE
Inventors: Valerio Dr Bianchi; Johannes Dipl I Brettschneider; Reinhard Dipl Ing Dr Latsch; Siegfried Metcher; Hans Weidner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-07-17
Filing date: 1976-07-17
Publication date: 1978-01-26
Also published as: US4132195A; JPS5311233A

Description

R. 33 15

1.7.1976 bow 6 . · 2632313

Anlage zur

P at ent anme1dung

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Zusammensetzung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches

Zusammenfassung

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, mit dem durch Eingabe einer drehzahlproportionalen Spannung und einer der Drosselklappenstellung proportionalen Spannung in eine logische UND-Verknüpfung ein vom Luftdurchsatz der Brennkraftmaschine pro Zeiteinheit abhängiges Spannung?,signal erzielt wird, das zur Verstellung der die ZusaramenRätzung des Betriebsgemisches bestimmenden Kraftstoffdosiereinrichtung als analoges Steuersignal oder als von diesem abga.lcri tetes getaktetes Steuersignal dient, wobei als Dosiereinrichtung insbesondere ein mechanisch verstellbarer Mengenteiler verwendet wird. Damit kann mit Hilfe zweier sehr einfach und mit wemc Aufwand zu messenden Parametern der Brennkraftmaschine eine genaue Gemischsteuerung verwirklicht werden. 7 0 9 8 8 47 0 0 8 9

Stand der Technik ' ■ ·

Die übliche Art, die Zusammensetzung des Betriebsgemisches aus Kraftstoff und Luft zu'steuern, besteht darin, daß in einem Venturi-Querschnitt eines Vergasers die dort durchströmende Luftmenge durch den dort erzeugten Unterdruck erfaßt und entsprechend der Druckdifferenz zwischen diesem Unterdruck und'z.B. atmosphärischem Druck die erforderliche Kraftstoffmenge zugegeben wird. Bei Einspritzanlagen werden in der Regel die Luftmengen mit Hilfe von Luftklappen mit hoher Genauigkeit gemessen und entsprechend der resultierenden Steuergröße Kraftstoff zugemessen. Diese Luftmeß- und Kraftstoffdosiereinrichtungen sind jedoch nur mit erheblichem Aufwand zu verwirklichen. -

Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, aus sehr einfach zu ermittelnden Parametern, der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Drosselklappenstellung, eine Steuergröße zu gewinnen, die der angesaugten Luftmenge im jeweiligen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine entspricht und mit der die zugeführte Kraftstoffmenge dosiert werden kann. Dabei besteht die Schwierigkeit darin, daß der Zusammenhang zwischen Einspritzmenge pro Zeit einerseits und der Drosselklappenstellung und der Drehzahl andererseits in einer relativ komplizierten Funktion besteht. Bei einer bekannten Schaltung zur Ansteuerung von Kraftstoffeinspritzventilen wird eine monostabile Kippstufe durch Impulse mit drehzahlproportionaler Frequenz angesteuert und die Kippzeit in Abhängigkeit einer der Drosselklappenstellung entsprechenden Steuerspannung verändert. Die Kippzeit bestimmt dabei die Einspritzzeit. Mit dieser Einrichtung wird jedoch nur, ausgehend von einer linearen Abhängigkeit von der Drehzahl, eine grobe Anpassung der Einspritzzeit an die durch die brennkraftmaschinenspezifischen Kennlinien geforderten Einspritzzeiten erzielt. Bei einer anderen Einrichtung wird eine drehzahlabhängige und ein von der Stellung des Gaspedals abhängige Spannung erzeugt, die tib'er elektromechanische Wandler einen Raumnocken verstellen. Dieser das Kennlinienfeld einer

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Brennkraftmaschine repräsentierende Raumnocken wird von einem zweiten mechanisch-elektrischen Wandler abgetastet, der eine entsprechende elektrische Steuergröße zur Beeinflussung eines Stellglieds einer Einspritzpumpe erzeugt. Diese Einrichtung ist bei gegebener hinreichender Genauigkeit jedoch sehr aufwendig, insbesondere beeinflussen die verschiedenen Wandlungen der Steuergrößen und die vorgesehene mechanische Abtastung die Genauigkeit der Regelung.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß die Zusammenhänge zwischen angesaugter Luftmenge einerseits und der Drehzahl und der Drosselklappenstellung andererseits in weniger aufwendiger Weise hinreichend genau in einer elektronischen Rechenschaltung speicherbar sind. Gegenüber dem Stand der Technik hat insbesondere die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Nebenanspruch den Vorteil, daß als Rechenschaltung eine sehr einfach aufgebaute logische UND-Verknüpfung dient, die trotz des geringen Aufwandes eine hinreichend genaue Annäherung der durch das erzielte Steuersignal repräsentierten Luftmenge an die tatsächlich von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge gewährleistet wird.

Die in den Unteransprüchen aufgeführten Ausgestaltungen der Erfindung stellen vorteilhafte Maßnahmen zur Steuerung der Kraftstoffzumessung mit Hilfe des erzielten Luftmengensteuersignals dar. Insbesondere wird mit Hilfe der beanspruchten Ansteuerung eines Mengenteilers erreicht, daß eine lineare und unverfälschte Umsetzung der Steuergröße in eine entsprechende zugemessene Kraftstöffmenge erfolgt.

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: 709884/0089

Pig. 1 den aus dem Kennlinienfeld einer Brennkraftmaschine ■ gewonnenen Zusammenhang zwischen der Ansaugluftmenge bzw· der eingebrachten Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit (bei y= konstant) und der Drehzahl und der Drosselklappenstellung der Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Ausfuhrungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Form einer Schaltung, die ein der Luftmenge bzw. der Kraftstoffmenge entsprechendes Signal zur Ansteuerung einer Stellvorrichtung abgibt,

Fig. 3 das mit der Vorrichtung gemäß Fig. 2 erzielbare Kennlinienfeld in schematischer Darstellung,

Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Ansteuerung einer Kraftstoffdosiervorrichtung,

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer mit der Vorrichtung gemäß Fig. 2 angesteuerten Kraftstoffdosiervorrichtung, .

Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer mit der Vorrichtung gemäß Fig. 2 angesteuerten Kraftstoffdosiervorrichtung und

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel des bei der Kraftstoffdosiervorrichtung gemäß Fig. 6 verwendeten Druckreglers.

Beschreibung der Erfindung

Die Menge des von einer Brennkraftmaschine zum Betrieb benötigten Betriebsgemischs aus Kraftstoff und Luft ist bekanntermaßen vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängig. Dabei stellt die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge pro Zeiteinheit die Führungsgröße für die zur Erzeugung eines Betriebsgemisches in diese Luftmenge eingebrachte Kraftstoffmenge dar. Für einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine insbesondere auch im Hinblick auf,die. Vorschriften zur Reinhaltung der Abgase von schädlichen Bestandteilen ist es nun wichtig, die zugeführte Kraftstoffmenge entsprechend der angesaugten Luftmenge sehr genau zu dosieren, damit ein im wesentlichen stöchiometrisches Gemisch entsprechend einer Luftzahl /\ =1 erreicht wird. Die ange-

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saugte Luftmenge, deren Größe brennkraftmaschinenspezifisch in erster Linie von der Drehzahl aber auch von der Drosselklappenstellung und Strömungs- und Schwingungszuständen in der Luftführung zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine abhängt, wird in der Regel mit luftmessendeh Organen, wie z.B. mit einem Venturi, gemessen. Andererseits können aber auch Kennlinienfelder der Beziehung von angesaugter Luftmenge, der Drehzahl und der Drosselklappenstellung von.Brennkraftmaschinen aufgezeichnet werden und anhand dieser Kennlinien die zugemessene Kraftstoffmenge bestimmt werden. Ein solches Kennlinienfeld ist in Pig. I dargestellt. Dort sind Kurven konstanter Drosselklappenstellung" ⁰^₀ aufgetragen, die die angesaugte Luftmenge pro Zeiteinheit entsprechend einar eingebrachten Kraftstpffmenge pro Zeiteinheit bei konstant gehaltener Luftzahl bei der jeweiligen Drehzahl angeben. Daraus ist zu entnehmen, daß bei einer Drosselklappenstellung von vi-, = 90 ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen der Drehzahl und der benötigten Kraftstoffmenge vorliegt. Weiterhin ist erkennbar, daß ausgehend von der Linie ÖC„ = 90 die übrigen Kennlinien &-_D = konstant mit steigender Drehzahl in einen zur Abszisse parallelen Verlauf übergehen.

Dieser Kennlinienverlauf kann, ohne daß konkret die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge gemessen werden muß, mit Hilfe der in der Vorrichtung gemäß Fig. 2 enthaltenen Schaltung näherungsweise dargestellt werden. Man erhält dabei ein Spannungssignal, das der benötigten Kraftstoffmenge pro Zeit bzw. der angesaugten Luftmenge pro Zeit proportional ist. Mit Hilfe eines Iinpulsgebers 1 wird eine. Impulsfolge mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionalen Frequenz erzeugt. Als Impulsgeber kann dabei der Zündverteiler dienen. Die vom Impulsgeber 1 erzeugten Impulse werden einem Frequenzspannungswandler 3 zugeführt, der damit eine der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionale Spannung an seinen Ausgang abgibt, der über einen Widerstand 5 mit dem Eingang 6 einer logischen UND-Verknüpfung 7 verbunden ist. Diese" besteht in bekannter Weise aus einer Diode 9 und einer Diode 10, die kathodenseitig mit den

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Eingängen '6 und 11 verbunden sind und deren Anoden zusammengeführt über einen gemeinsamen Widerstand 12 an der positiven Versorgungsleitung 13 liegen. Der Ausgang 15 stellt den Spannungsabgriff auf der Anodenseite der Dioden 9 und 10 dar.

Vom Drehzahlsignaleingang 6 führt über eine zusätzliche Diode 17 eine Leitung zum Mittelabgriff eines Spannungsteilers aus den Widerständen 18 und 19, die von dem anderen, als Drosselklappensignaleingang dienenden Eingang 11 mit Spannung versorgt werden. Die Diode und der Spannungsteiler bilden ein angleichendes Dioden-Widerstands-Netzwerk 16. Zur Erzeugung eines Spannungssignals in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung ist ein lineares Potentiometer 21 vorgesehen, das mechanisch mit der Drosselklappe 22 gekoppelt ist. Diese ist schematisch

in einem Teilstück des Ansaugrohres 23 in der Zeichnung wiedergegeben. Der Spannungsabgriff am Potentiometer ist mit dem nicht invertierenden Eingang eines als Impedanzwandler dienenden Operationsverstärkers 24 verbunden, dessen Ausgang mit dem Drosselklappensignaleingang 11 und über eine Gegenkopplungsleitung 25 mit dem invertierenden Eingang 26 verbunden ist.

Das am Ausgang 15 erzeugte Spannungssignal wird nun zur Ansteuerung einer Stellvorrichtung auf den nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 28 geführt, dessen Ausgang mit der Basis eines npn-Transistors 29 verbunden ist. Kollektorseitig liegt der Transistor 29 über eine Spule 30 an der positiven Versorgungsleitung 13> während der Emitter über einen Emitterwiderstand 31 an Masse liegt. Zur Gegenkopplung des Operationsverstärkers ist der Emitter des Transistors 29 über einen Widerstand 32 mit dem invertierenden Eingang 33 ^^es Operationsverstärkers 29 verbunden.

Der invertierende Eingang 33 des Operationsverstärkers 28 ist ferner über einen Widerstand 34 mit dem Ausgang eines als Komparator 35 dienenden Operationsverstärkers angeschlossen. Diesem wird am invertierenden Eingang eine Dreiecksspannung

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mit fester Frequenz zugeführt, während am nicht invertierenden Eingang ein korrigierendes Regelsignal angelegt wird. Das Dreiecksspannungssignal erhält der invertierende Eingang des Komparators 35 vom invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 37j der als Multivibrator 38 geschaltet ist. Dazu liegt der invertierende Eingang 37 in bekannter Weise einmal über einen Kondensator 39 an Masse und andererseits über einem Widerstand 40 eines Gegenkopplungszweiges am Ausgang des Operationsverstärkers. Der nicht invertierende Eingang wird über einen Spannungsteiler aus den Widerständen 4l und 42 mit Spannung versorgt und ist über einen Widerstand 43 ebenfalls mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 37 verbunden.

Auf den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 35 wird in diesem Fall in beispielsweiser Ausgestaltung das Ausgangssignal einer Regelschaltung 44 geführt, die das Steuersignal einer bekannten Sauerstoffmeßsonde 45 in einer Abgassammelleitung 46 der zugehörigen Brennkraftmaschine verarbeitet.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 37 liegt über einen Widerstand 47 am invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 48, dessen Ausgang zur Basis eines zweiten npn-Transistors 49 führt. Der Kollektor dieses Transistors ist gleichfalls über die Spule 30 mit der positiven Versorgungsleitung 13 verbunden, während der Emitter über einen Widerstand 50 an Masse und einen Widerstand 5I in einer Gegenkopplungsleitung mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 48 verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers erhält ein Spannungssignal über einen vorgeschalteten Widerstand 52 von einem Potentiometer 53 und hat ferner über einen Widerstand 5^ gefolgt von einem Kondensator 55 Verbindung mit dem invertierenden Eingang 26 des Operationsverstärkers 24.

Die beschriebene Schaltung arbeitet folgendermaßen:

Entsprechend dem Steuersignal vom Impulsgeber 1, der auch als induktiver Impulsgeber bekannter Bauart ausgestaltet sein kann,

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— fi —

wird an den Drehzahlsignaleingang 6 über den Widerstand 5 eine drehzahlabhängige Spannung gelegt. Entsprechend der Stellung der Drosselklappe 22 und der "Verstellung des Potentiometers liegt am Eingang 11 eine Spannung entsprechend der Drosselklappenstellung an. In bekannter Weise richtet sich die am Ausgang 15 liegende Spannung jeweils nach der kleinsten der an den Eingängen 6 und 11 anliegenden Spannungen. Bei einer gewählten Drosselklappenstellung läßt sich damit die in Fig. dargestellte Kurve a in dem Q-n-Diagramm verwirklichen. Ausgehend von einer sehr niedrigen Drehzahl ist das Drehzahl-Spännungs-Signal gegenüber dem Drosselklappensignal kleiner, so daß der Spannungsanstieg am .Ausgang 15 bei steigender Drehzahl zunächst der angenäherten Geraden ^/ _D = 90°-folgt. Sobald nun die Spannung am Eingang.6 gleich groß ist wie die Spannung am Eingang 11, wird bei weiterer Drehzahlsteigerung bzw. Steigerung des Potentials des Drehzahlspannungssignals die Spannung am Eingang 11 für die Spannung am Ausgang 15 be-'stimmend. Im weiteren Verlauf der Drehzahlsteigerung erfolgt daraufhin bei feststehender Drosselklappe keine Spannungsänderung mehr. Bei entsprechend größerer Drosselklappenöffnung ergibt sieh die parallel zur Kurve a liegende Kurve b. Man erhält also bereits eine grobe Annäherung an die in Fig. 1 dargestellten Kurven txL _D = konstant.

Um auch im Übergangsbereich zwischen dem proportionalen Spannungsanstieg am Ausgang der logischen UND-Verknüpfung 7 und. dem Bereich gleichbleibender Spannung bei weiterer Drehzahlsteigerung eine-Angleichung entsprechend den tatsächlichen Kurven gemäß Fig. 1 zu erhalten, ist das Dioden-Widerstands-Netzwerk l6 aus dem Spannungsteiler 18, 19, der Diode 17 und dem Widerstand 5 vorgesehen. Dabei legt der Spannungsteiler aus den Widerständen 18 und 19 eine gegenüber dem Drosselklappeneingangfssignal abgestufte Spannung fest. Sobald die Spannung am Eingang 6 diese abgesenkte Spannung überschreitet, wird die Diode 17 leitend. Bei weiterer Anhebung der vom Frequenz-Spannungswandler 3 abgegebenen Spannung folgt die am Eingang bzw. am Ausgang 15 anliegende Spannung nicht mehr der Propor-

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tionalität der Kurve ^- - 90°, sondern einer Kurve mit geringerer Steigung, die aus den Verhältnissen der Widerstände 5,.18 und 19 bestimmt ist. Auf dieses Weise erreicht der Eingang 6 erst bei höherer Drehzahl das Spannungsniveau des Eingangs Die damit erzielte angleichende Kurve ist mit dem Buchstaben c in Fig. 3 bezeichnet. Dabei bestimmt, der Teilungswert des Spannungsteilers den Punkt an der Kurve ¹²^₀J an dem die Kurve c abzweigt.

Soll eine weitere Angleichung der Kurven erfolgen, so können an den Eingang 6 weiterhin parallelliegende Dioden-Widerstands-Netzwerke gemäß dem Dioden-Widerstands-Netzwerk 16 geschaltet werden. Die Kurve a wird dabei z.B. durch den Streckenzug d ergänzt werden. Man kann also auf diese Weise in hinreichender Genauigkeit ein Kennlinienfeld gemäß Fig. 1-nachbilden. Das am Ausgang 15 auftretende Spannungssignal ist dann proportional der zuzumessenden Kraftstoffmenge.

Zur Ansteuerung einer Spule 30, die Teil einer Stellvorrichtung einer Kraftstoffdosiereinrichtung ist, werden mit Hilfe des Multivibrators 38 in einer bevorzugten Ausgestaltung Rechteckimpulse erzeugt, die auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 48 gegeben werden. Dementsprechend wird über den Operationsverstärker der Transistor 49 angesteuert, so daß über dessen Kollektor-Emitter-Strecke bzw. über die Spule 30 ein mit der Frequenz der am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 48 anliegenden Impulse pulsierender Strom fließt. Diesem ist ein konstanter Strom überlagert, der vom am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 48 anliegenden Potential bestimmt wird. Als Folge der Ansteuerung über den Operationsverstärker 48 fließt folglich durch die Spule 30 gleichbleibend ein um einen bestimmten Betrag angehobener pulsierender Strom, solange: die Spannung am nichtinvertierenden· Eingang des Operationsverstärkers unverändert bleibt. Diese Spannung kann zur Einstellung des Leerlaufzustandes über den Potentiometer 53 variiert werden.

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In bekannter Weise gibt der invertierende Eingang eines zum Multivibrator geschalteten Operationsverstärkers eine Dreiecksspannung konstanter Frequenz ab. Aus dieser Dreiecksspannung und dem an nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 35 anliegenden korrigierenden Signal wird dem invertierenden Eingang 33 des Operationsverstärkers 28 eine ■Rechteckspannung mit konstanter Frequenz, aber entsprechend dem Regelsignal variabler Impulsbreite zugeführt. Auch in diesem Fall wird entsprechend der Ansteuerung durch den Operationsverstärker 28 der durch den Transistor 29 fliessende Strom bestimmt. Wie bereits oben beim Transistor 49 beschrieben, fließt auf der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 29 una durch die Spule 30 ebenfalls ein entsprechend dem am invertierenden Eingang 33 anliegenden Signal pulsierender Strom. Auch dieser Strom wird entsprechend der am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 28 anliegenden Spannung um einen Basisstrom erhöht.

Durch diese Anordnung fließt folglich durch die Spule 30 zunächst ein ständig gleichförmig pulsierender Strom, der von einem zweiten ebenfalls pulsierenden, jedoch entsprechend dem Ausgangssignal am Ausgang 15 und einen Regeleingriff variablen Strom überlagert wird. Statt des gezeigten Regeleingriffs entsprechend dem Signal einer Sauerstoffmeßsonde oder einer die Abgas zusammensetzung bestimmenden Meßsonde kann auch ein anderes die Abgaszusammensetzung erfassendes Regelsignal auf den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 35 gegeben werden. Dies kann z.B. das Signal einer Laufruhenregeleinrichtung sein. Es können aber auch andere' Parameter der Brennkraftmaschine wie z.B. die Motortemperatur als korrigierendes Signal an dieser Stelle eingegeben werden.

Zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens ist ferner ein Differenzierglied vorgesehen in Form eines RC-Gliedes aus dem in Reihe geschalteten Kondensator 55 und dem Widerstand 5^. Über dieses RC-Glied fließt bei einer Stellungsänderung der Drosselklappe 22 infolge einer am invertierenden Eingang 26

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des Operationsverstärkers 2*1 plötzlich ansteigenden ober absinkenden Spannung ein Lade- bzw. Entladestrom, der die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 48 kurzzeitig so ändert, daß der hiervon bestimmte durch die Spule 30 fließende Kollektorstrom im Sinne der Drosselklappenverstellung kurzzeitig geändert wird.

Die in Figur 2 wiedergegebene und oben beschriebene Ausgestaltung stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar. Natürlich kann auch in anderer Weise eine Ansteuerung eines Stellgliedes einer Kraftstoffdosiervorrichtung entsprechend, dem Steuersignal am Ausgang 15 der logischen UND-Verknüpfung 7 erfolgen. Beispielsweise kann durch eine entsprechende bekannte Schalteinrichtung eine Impulsfolge mit konstanter Frequenz und mit dieser Steuerspannung entsprechender Impulsbreite erzeugt werden und mit diesem neu gewonnenen Steuersignal können elektromagnetisch betätigte Einspritzventile angesteuert werden. Die Taktfrequenz muß dabei so groß gewählt werden, daß auch bei höchster Drehzahl der Brennkraftmaschine jedem Zylinder mindestens einmal pro Arbeitsspiel Kraftstoff zugeführt wird. Außer der oben beschriebenen pulsierenden Ansteuerung eines Stellglieds z.B. über die Spule 30 kann auch ein Stellglied analog entsprechend der Steuerspannung am Ausgang 15 der logischen UND-Verknüpfung verwirklicht werden. Vorteilhaft ist jedoch die pulsierende Ansteuerung, wenn eine durch mechanische Reibungseinflüsse bedingte Hysterese ausgeschaltet werden soll.

Die Zuordnung der vorstehend anhand von Fig. 2 erläuterten Einrichtung zu einer Kraftstoffdosiervorrichtung ist in den Fig. l\ bis 6 dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. H ist dabei schematisch eine Brennkraftmaschine 60 mit der Abgassammelleitung -M6 und dem Saugrohr 23 wiedergegeben. In dem Saugrohr ist die Drosselklappe 22 angeordnet, die mit dem linearen Potentiometer 21 gekoppelt ist. Ferner ist die Kurbelwelle 6l der Brennkraftmaschine mit dem Impulsgeber i verbunden, der z.B. Teil des Zündverteilers der Brennkraftmaschine sein kann. Gemäß Fig. 2 ist der Impulsgeber mit dem

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Frequenzsspannungswandler 3 verbunden, dessen Ausgang zu einer Schaltung 62 führt, die der Schaltung gemäß Fig. 2 entspricht. Mit dieser Schaltung ist, wie auch in Fig. 2 der.Abgriff des ■ Potentiometers 21 und der Ausgang der Regelschaltung 44 verbunden, die ihr Regelsignal von der Sauerstoffmeßsonde 45 in der AbgasSammelleitung 46 erhält. Der Ausgang der Schaltung führt zu der Spule 30, die Teil einer Stellvorrichtung 64 eines Mengenteilers 65 ist.

Der Mengenteiler 65 besteht in bekannter Weise aus einem Zumeßkolben 66, der in einer Bohrung 6J dicht geführt wird und eine obere Ringnut 68 und eine untere Ringnut 69 besitzt, die miteinander über jeweils eine Radialbohrung 70 und 71 im Zumeßkolben sowie eine axiale Bohrung 72 im Zumeßkolben miteinander verbunden sind. In der als Sackbohrung ausgestalteten Bohrung 67 wird durch den Zumeßkolben 66 ein Raum 73 eingeschlossen, in den koaxial zum Zumeßkolben 66 ein Betätigungsstift 75» der in einer zur Bohrung 67 koaxialen Bohrung 74 geführt wird, ragt. Der Betätigungsstift ist der Anker eines als Stellvorrichtung 64 verwendeten Stellmagneten 76, dessen Magnetwieklung durch die Spule 30 gebildet wird. Zu diesem Stellmagneten j6 gehört eine rückstellende Druckfeder 77, die auf der gegenüberliegenden Seite des Stellkolbens angreift und sich gegenüber einer Stellschraube 78 in einem mit dem Gehäuse des Mengenteilers fest verbundenen Haltebügel 79 abstützt. Auf den Betätigungsstift 75 wirkt ferner in Richtung auf den Zumeßkolben 66 hin eine schwache Haltefeder 80.

Der Mengenteiler 75 besteht ferner aus rings um den Zumeßkolben 66 angeordneten Differenzdruckventilen 81, die entsprechend der Zahl der zu versorgenden Kraftstoffeinspritzstellen 82 im Saug-' rohr der Brennkraftmaschine vorhanden sind. Die Differenzdruckventile bestehen dabei «Jeweils aus einer Membran 83, die einen gesteuerten Druckraum 8^i von einem Referenzdruckraum 85 trennt» In den gesteuerten Druckraum 84 ragt jeweils eine mit einer der Einspritzstellen 82 verbundene Einspritzleitung 86, deren Mündung dort als Ventilsitz von der Membran 83 kontrolliert wird.

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In dem gesteuerten Druckraum ist ferner eine auf die Membran 83 wirkende Druckfeder 87 angeordnet. Aus den gesteuerten Druckräumen 8h der einzelnen Differenzdruckventile 8l führt jeweils eine Leitung 87 zur Bohrung 67 und bilden dort Zumeßöffnungen 88, die durch die der Feder 77 benachbarte untere Begrenzungskante der oberen Ringnut 68 je nach Stellung des Zumeßkolbens 66 im freien Querschnitt veränderbar sind.

Die Referenzdruckräume 85 der Differenzdruckventile 8l sind über radial zur Bohrung 67 führende Bohrungen 89 und die dort in ständiger Verbindung bleibenden unteren Ringnuten 69 ständig miteinander verbunden. Ferner mündet in die Referenzdruckräume 85 eine Förderleitung 90 einer Kraftstofförderpumpe 92, die aus einem Kraftstoffbehälter 91 den Kraftstoff ansaugt. Parallel zu der Kraftstofförderpumpe 92 ist ein Drucksteuerventil 9^ geschaltet, dessen federbelasteter Kolben 95 den Querschnitt einer Rückströmleitung 96 kontrolliert.

In den Referenzdruckräumen 85 herrscht also ein konstanter vom Drucksteuerventil 9k bestimmter Kraftstoffdruck, der weiterhin über die untere Ringnut 69 und die axiale Bohrung 72 im Zumeßkolben an den Zumeßöffnungen 88 ansteht.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Je nach Ansteuerung durch die Schaltung 62 wird die Spule 30 durch ^ einen mehr oder weniger groß pulsierenden Strom durchflossen, was eine entsprechende Verstellung des Betätigungsstiftes 75 zur Folge hat. Dementsprechend wird auch der Zumeßkolben 66 und damit die freie Öffnung der Zumeßöffnungen 88 verstellt. Durch die Differenzdruckventile 8l wird dabei an der Zumeßstelle ständig ein konstanter Differenzdruck eingehalten, der im wesentlichen durch die Vorspannung der Druckfedern 93 und den konstant gehaltenen Referenzdruck bestimmt ist. Damit wird die entsprechend der Stellung des Zumeßkolbens'66 zugemessene Kraftstoffmenge unabhängig von an den Einspritzstellen 82 vorherrschenden Druckverhältnissen. Bei entsprechender Ausgestaltung der Zumeßöffnungen 88 läßt sich ein linearer

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Zusammenhang zwischen der den einzelnen Einspritzleitungen zugemessenen Kraftstoffmenge und dem Stellweg des Zumeßkolbens 66 erzielen. Ferner läßt sich auch mit Hilfe des Stellmagneten 76 eine lineare zur Steuerspannung am Ausgang 15 der logischen UND-Verknüpfung proportionale Verstellung des Zumeßkölbens 66 erzielen.

Durch die Tatsache, daß auf die Stirnfläche des Zumeßkolbens 66, die von der Druckfeder 77 beaufschlagt wird, zusätzlich auch noch der atmosphärische Druck wirkt, erhält man hierdurch auch vorteilhaft eine Höhenkorrektur bei entsprechender Auslegung der Druckfeder 77· Eine Höhenkorrektur kann ferner auch durch eine der Feder 77 vorgeschaltete Barometerdose erzielt werden. Durch die Stellschraube 87 ist ferner auch eine zusätzliche Leerlaufeinstellung möglich. Vorteilhaft ist bei dieser Ausgestaltung, daß der Zumeßirolben 66 durch die Druckfeder 77 bei fehlender Ansteuerung der Spule JO in eine die Zumeßöffnungen 88 verschließende obere Ausgangsstellung gebracht wird. Erst mit steigendem Stromfluß durch die Spule 30 wird, der Zumeßkolben 66 entsprechend dem Luftmengensignal am Ausgang 15 der logischen UND-Verknüpfung 7 · immer stärker nach unten verschoben und ein wachsender.Querschnitt der Zumeßöffnungen 88 freigegeben."

Eine andere Möglichkeit, eine Kraftstoffdosiereinrichtung zu verstellen, ist in der Ausgestaltung nach Fig. 5 gezeigt. Der Aufbau der Vorrichtung ist dort im wesentlichen der gleiche wie bei-der Ausgestaltung nach Fig. *J, weshalb bezüglich der gleichbleibenden Teile auf die Beschreibung oben verwiesen wird. Abweichend vom obigen Ausführungsbeispiel dient als Stellvorrichtung ein Magnetventil 98, dessen Wicklung 99 von der Schaltung 62 angesteuert wird. Das Magnetventil 98 liegt dabei in einer Abströmleitung 100 zum Kraftstoffvorratsbehälter Sl. Diese Leitung'ist mit dem Raum 73"oberhalb des Zumeßkolbens verbunden, während der Raum 73 seinerseits ständig über eine .Drossel 101 mit der axialen Bohrung 72 und damit mit den Referenzdruckräumen 85 als Druckquelle in Verbindung steht. Zwi-

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sehen dem Magnetventil 98 und dem Raum 73 ist ferner eine Angleichdrossel 102 in den Fällen angeordnet, in denen als Magnetventil ein getaktet betätigbares Schaltventil angeordnet ist. Dabei wird, wie bereits im vorstehenden beschrieben, die Steuerspannung am Ausgang 15 der logischen UND-Verknüpfung in bekannter Weise in ein Impulssignal umgewandelt mit konstanter Frequenz und entsprechend der Steuerspannung variabler Impulsbreite.

Das Magnetventil 98 kann jedoch vorteilhaft auch durch die Schalteinrichtung 62 gemäß der Ausgestaltung nach.Fig. 2 modulierend angesteuert werden und als Stellmagnet ausgebildet sein. Dabei entspricht die Magnetwicklung 99 der Spule 30.

Durch das Magnetventil 98 wird nun in dem Raum 73 der Ausgangsdruck entsprechend dem Referenzdruck 85 je nach Ansteuerung des Magnetventils verändert. Durch die Druckflüssigkeit wird dementsprechend der Zumeßkolben 66 mehr oder weniger stark in Richtung der Druckfeder 77 verschoben und der Querschnitt der Zumeßöffnungen 88 verändert.

Auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5· Abweichend davon ist jedoch in der Abströmleitung 100 statt des Magnetventils 98 ein Druckregler.103 eingesetzt. Die Drossel

102 zwischen Magnetventil und Raum 73 entfällt hierbei, da die Drosselung am Druckregler selbst erfolgt. Dieser Druckregler

103 wird ähnlich wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. ¹I durch die Schaltung 62 in der Weise angesteuert, daß eine im Druck.-regler angeordnete Spule 30' durch einen pulsierenden Strom unterschiedlicher BasisStromstärke entsprechend dem Steuersignal am Ausgang 15 der logischen UND-Verknüpfung 7 durchflossen wird.

In Fig. 7 ist eine Ausfuhrungsform des Druckreglers 103.näher dargestellt. Der Regler besteht in diesem Fall aus einer Druckdose IO5, die durch eine Membran 106 in einen Re-

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ferenzdruckraum 107 und einen Druckraum 108 geteilt wird. In dem mit einer Entlüftungsbohrung IO9 versehenen Referonzdruckraum ist eine auf die Membran 106 wirkende Druckfeder 110 angeordnet. Der Druekraum 108 ist über ein Teilstück lOOa der Abströmleitung 100 unverschließbar mit dem Raum 73 verbunden. Über ein Teilstück lOOb ist der Druekraum 108 ferner mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 91 verbunden. Das Teilstück 100b der Abströmleitung mündet in den Druekraum 108 senkrecht zur Membran 106 ein und wird an der Austrittsöffnung durch die Membran kontrolliert. Mit der Membran ist auf der Seite des Druckraumes 108 ferner die Spule 3O¹ fest verbunden. Sie taucht in eine ringförmige Vertiefung 112 des als Ringmagneten 113 ausgestalteten Boden der Druckdose. Durch die ringförmige Vertiefung wird konzentrisch zur Spule 30' ein Magnetkern 111 gebildet j durch den wiederum konzentrisch das Teilstück lOÖb der Abströmleitung 100 einmündet. Magnetkern 111 und Spule 3O¹ bilden zusammen vorzugsweise einen Stellmagneten mit linearer Charakteristik. Über Anschlußleitüngen 11¹J. bzw. 115 ist die Spule mit der Schaltung 62 bzw. der Masse verbunden.

Durch diese Ausgestaltung kann über die Spule 30 die Vorspan.-nung der auf die Membran wirkenden Druckfeder 110 variiert werden. Je nach Größe des Stromes, der die Spule 30' durchfließt, wird also erst bei einem höheren oder niedrigeren Druck im Druckraum 108 die Membran 106 entgegen der Kraft der Druckfeder 110 von der Öffnung des Teilstücks 100b der Abströmleitung 100 abgehoben. Es wird also ein entsprechend dem Stromfluß durch die Spule variabler Kraftstoffdruck im Druekraum 108 und damit auch im Raum 73 erzeugt. Entsprechend diesem Druck wird in gleicher V/eise wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 der Zumeßkolben 66 verschoben. Statt des hier beschriebenen Druckregelventils kann natürlich auch ein Druckregelveiitil anderer Bauart mit elektromagnetischen Eingriffsinöglichktiiten verwendet werden. Vorteilhaft ist es, daß mit Hilfe des Druckreglers der Druck im Raum 73 in lineare Abhängigkeit von der Steuerspannung am Ausgang 15 der logischen UND-Verknüpfung 7 gebracht werden kann. Insbesondere wenn ein Druckregler verwendet wird, bei

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dem als Stellorgan stutt der Membran 106 ein Kolben verwendet wird, ist eine pulsierende Ansteuerung der Spule 30' von Vorteil, um einseitig wirkende Reibungseinflüsse und damit eine Hysterese des Systems-zu vermeiden.

Mit dem hier im vorstehenden anhand von Ausführungsbeispielen beschriebenen Verfahren läßt sich auf einfache Weise und doch hinreichend genau eine Steuerung der Zusammensetzung des Kraftstoff- Luft-Gemisches, mit dem eine Brennkraftmaschine versorgt wird, erzielen. Von Vorteil ist dabei, daß eine gesonderte Luftinengenmeßeinrichtung überflüssig wird. Damit werden nicht nur kostenmäßige Vorteile erzielt, man erhält auch den Vorteil, daß die Drosselverluste im Ansaugsystem der Brennkraiumaschine niedriger gehalten werden können und damit eine relative Leistungssteigerung erzielt werden kann. Es sind ferner Möglichkeiten gegeben, einen multiplikativen Eingriff entsprechend der Abgas zusammensetzung oder der Laufruhe der Brennkraftmaschine durchzuführen, da durch die Steuerspannung am Ausgang der logischen UND-Verknüpfung 7 proportional der Kraftstoffmenge ist (unter der Annahme eines konstant gehaltenen Kraftstoff-Luft-Verhältnis \ ) ka-nn diese Steuerspannung auch in besonders vorteilhafter V/eise zur direkten Anzeige des Kraftstoffverbrauchs pro Zeiteinheit verwendet werden. Insbesondere läßt sich auch über ein Quotientennießwerk einer bekannten Ausgestaltung der Kraftstoffverbrauch in Litern pro 100 km darstellen.

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Claims

Ansprüche

1./Verfahren zur Steuerung der Zusammensetzung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches entsprechend der gemessenen, von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge pro Zeiteinheit, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Drosselklappenstellung im Saugrohr der Brennkraftmaschine abhängige Spannung und eine der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionale Spannung erzeugt werden und beide Spannungen zur Abrufung eines das Kennfeld einer Brennkraftmaschine speichernden elektronischen Rechenschaltung dienen und mit der am Ausgang der Rechensehaltung erhaltenen Steuerspannung eine Kraftstoffdosiervorrichtung angesteuert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung aus einer logischen UND-Verknüpfung (7) besteht, an deren Eingänge (6, 11) der Drehzahl- bzw. der Drosselklappenstellung entsprechende Spannungen angelegt sind und deren Ausgang (15) mit einer Kraftstoffdosiervorrichtung (65) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logische UND-Verknüpfung (7) in an sich bekannter Weise aus Dioden (9, 10) gebildet ist und daß zur Angleichung der am Ausgang der UND-Verknüpfung (7) erzielten Steuerspannung an das gewünschte Kennlinienfeld der Brennkraftmaschine die UND-Verknüpfung durch wenigstens ein Dioden-Widerständs-Netzwerk (16) ergänzt *«*· ₇₀9884/008» " '

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die UND-Verknüpfung (7) aus zwei parallelgeschalteten Dioden (9, 10) besteht, an deren anodenseitiger Zusammenführung (15) der Abgriff für die Steuerspannung erfolgt und die über die kathodenseitigen Signaleingänge (6, 11) mit dem Drehzahl- bzw. Drosselklappen-Spannungssignal in Sperrichtung beaufschlagt sind, und daß das Dioden-Widerstands-Netzwerk (l6) aus einem zifischen Drosselklappensignaleingang (11) und Masse liegenden Spannungsteiler (18, 19) besteht, dessen Mittelabgriff über eine in Sperrichtung liegende Diode (17) mit dem Drehzahlsignaleingang (6) verbunden ist, dem wiederum ein Widerstand (5) vorgeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Rechenschaltung (7, 16) und der Kraftstoffdosiervorrichtung eine Schaltanordnung zur Erzeugung von Steuerimpulsen mit konstanter Frequenz und steuerspannungsabhängiger Impulsbreite vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftstoffdosiervorrichtung iinpulsgesteuerte, elektromagnetisch betätigte Einspritzventile dienen.

7.-Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftstoffdosiervorrichtung ein an sich bekannter Mengenteiler (65) vorgesehen ist mit

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einem zentralen mit einer Steuerkante versehenen und mittels einer Stellvorrichtung (64) verschiebbaren Zumeßkolben (66) zur Veränderung des freien Querschnitts von entsprechend der Zahl vorhandener Einspritzleitungen (86) vorgesehenen Zumeßöffnungen (88), deren stromaufwärts liegende Seite jeweils mit einem mit einer Kraftstoffquelle konstanten Drucks verbundenen Referenzdruckraum (85) eines Differenzdruckventils (8l) verbunden ist und deren stromabwärts liegende Seite jeweils mit dem gesteuerten Druckraum (84) des Differenzdruckventils verbunden ist, dessen federbelastete Membran (83) mit der Austrittsöffnung der abführenden Einspritzleitung (86) ein Ventil bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß der Zumeßkolben (66) durch die Stellvorrichtung entgegen dem Umgebungsdruck und der Kraft einer Feder (77) verstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante die der Feder (77) benachbarte Kante einer Ringnut (68) ist, die über eine axiale Bohrung (72) mit einer zweiten, ständig mit dem Referenzdrückraum (85) verbundenen Ringnut in Verbindung steht und die bei unwirksamer Stellvorrichtung in der Ausgangsstellung des Zumeßkolbens (66) die Zumeßöffnungen (88) verschlossen hat.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 oder

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung aus einem

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Elektromagneten (76) besteht.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet ein spannungs- bzw. stromproportional arbeitender Stellmagnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellvorrichtung der durch den Zumeßkolben (66) in der diesen aufnehmenden Bohrung (67) ein geschlossener Raum (73) dient, der mit einer Konstantdruckquelle verbunden ist, deren Druck durch eine elektrisch betätigte DruckregeJvorrichtung modifizierbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregelvorrichtung aus einem elektromagnetisch betätigten Ventil (98) besteht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (72) zur Druckquelle eine Drossel (101) und in einer Abströmleitung (100) zum Magnetventil (98) eine Drossel (102) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch lh, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (73) über eine Drossel (101) und die axiale Bohrung ■ (72) im Zumeßkolben (66) mit dem Referenzdruckraum.(85) als Druckquelle verbunden ist.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuervorrichtung aus einem Druckregler (103) mit durch das Steuersignal über einen Linearmagnet (113j 30') variabler Vorspannung einer Regelfeder (110) besteht.

17'. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuersignal ein Signal entsprechend einem die Abgaszusammensetzung charakterisierenden Parameter der Brennkraftmaschine überlagert ist.

l8. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Signal das Steuersignal einer Sauerstoff-Meßsonde dient.

19'. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß als Signal das Ausgangssignal einer die Laufruhe der Brennkraftmaschine erfassenden Regeleinrichtung dient.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang (15) über ein an sich bekanntes Quotientenmeßwerk mit einem Kraftstoffverbrauchsanzeigeinstrument verbunden ist.

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