DE2735596A1

DE2735596A1 - Elektronische einspritzmengenregelung bei brennkraftmaschinen mit selbstzuendung

Info

Publication number: DE2735596A1
Application number: DE19772735596
Authority: DE
Inventors: Herbert Arnold; Gerd Gerhards
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-08-06
Filing date: 1977-08-06
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2735596C2; FR2399545B1; IT1097659B; FR2399545A1; GB1600176A; US4279229A; JPS5430318A; IT7826495A0

Description

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Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektronischen Einspritzmengenregelung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Einspritzmengenregelung bekannt, bei der ein elektromagnetisches Mengenstellwerk vorhanden ist, welches über einen PID-Regler angesteuert wird. Eingangssignal dieses PID-Reglers ist ein aus dem Soll-Istwert-Vergleich der Geschwindigkeit gewonnenes Signal, wobei zusätzlich die Stellung des elektromagnetischen Stellwerks auf den Regelkreis einwirkt.

Nachteilig an der bekannten Einspritzmengenregelung ist, daß keine Maßnahmen gegen ein fehlerhaftes Ansteuersignal für das elektromagnetische Mengenstellwerk getroffen ist, sowie daß der Start unruhig verlaufen kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einspritzmengenregelung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß dem elektromagnetischen Mengenstellwerk eine Sicherheitsschalteinrichtung zugeordnet ist, mit der ein Dauerstrichbetrieb des Stellwerks verhindert werden kann und im Fehlerfalle das Mengenstellwerk und damit die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet wird.

Als Vorteil der Schaltungseinrichtung zur Startunterstützung ist es anzusehen, daß die Brennkraftmaschine in einem bestimmten Drehzahlbereich nach Startbeginn eine erhöhte Kraftstoffmenge zugeführt bekommt, was einen ruhigeren Lauf bewirkt. Dies deshalb, weil gerade bei kalten Brennkraftmaschinen der Kraftstoff an den noch kalten Zylinderinnenwänden kondensiert und damit die Zündwilligkeit eingeschränkt ist.

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Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, Teile der Schaltungseinrichtung zur Startunterstützung auch für die Sicherheitsschalteinrichtung zu verwenden, um dadurch den Gesamtaufwand klein zu halten.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gezeigt ist ein Blockschaltbild zur elektronischen Einspritzmengenregelung mit der Sicherheitsschalteinrichtung und der •Schaltungseinrichtung zur Startunterstützung.

Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist mit 10 ein Drehzahlgeber bezeichnet, dessen Ausgang mit einer Impulsformerstufe 11 verbunden ist, deren Ausgang wiederum zu einem Eingang einer monostabilen Kippstufe 12 geführt ist. Die Standzeit der monostabilen Kippstufe ist so gewählt, daß bei Nenndrehzahl Impulse mit einem Tastverhältnis 1:1 erzeugt werden. Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 12 steht mit einem Knotenpunkt lh in Verbindung, an dem ein erster Tiefpaß 15 angeschlossen ist. Ausgangsseitig ist dieser Tiefpaß 15 zu einem Summenpunkt 16 geführt, dem Signale eines Weggebers 17 für die Stellung des elektromagnetischen Mengenstellwerks sowie eines Sollwertgebers 18 zugeführt werden. Dem Summenpunkt 16 folgt der PID-Regler mit einem Spannungs-Tastverhältnis-Wandler, die gemeinsam im Reglerblock 20 zusammengefaßt sind. Der Ausgang des Reglerblocks 20 ist zu einem Knotenpunkt 21 geführt, mit dem unter anderem ein logisches Gatter 22 vor einem Eingang 23 eines elektromagnetischen Mengenstellwerkes 2k verbunden ist. Dieses elektromagnetische Mengenstell-

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werk 24 ist nur grob schematisch dargestellt. Es ist mit einer Regelstange 25 einer nicht dargestellten Einspritzpumpe gekoppelt, wobei die Regelstange durch Federkraft bei stromlosem Zustand des Elektromagneten mittels Federkraft in einer Ausgangslage, der Stellung Stop, gehalten wird.

Am Knotenpunkt 14 ist neben dem Tiefpaß 15 ein weiterer Tiefpaß 30 angeschlossen, dem ein Schwellwertschalter 31 nachfolgt. Mit einem Schalter 32 zwischen Ausgang des Tiefpasses 15 und dem Pluseingang des Schwellwertschaters 31 ist angedeutet, daß die Schwelle des Schwellwertschalters 31 drehzahlabhängig gewählt werden kann. Verbunden ist der Ausgang des Schwellwertschalters 31 mit einem ersten Eingang 33 eines Verknüpfungsgliedes 34, das einen weiteren Eingang 35 sowie einen Ausgang 36 besitzt. Dieser Ausgang 36 steht mit dem logischen Gatter 22 in Verbindung. Während das Verknüpfungsglied 34 als ODER-Gatter wirkt, weist das logische Gatter 22 das Verhalten eines NOR-Gatters auf.

Die Verbindungsstelle zwischen dem Tiefpaß 30 und dem Schwellwertschalter 31 ist mit einem weiteren Schwellwertschalter 40 verknüpft, dessen Ausgang mit der Basis eines Transistors 41 gekoppelt ist. Dieser Transistor 4l liegt mit seinem Emitter an einer Plusleitung 42, während sein Kollektor einmal über eine Diode 44 mit dem Knotenpunkt 21 verbunden ist, über einen Widerstand 45 mit Masse gekoppelt ist sowie mit der Basis eines nachfolgenden Transistors 47. Dessen Kollektor ist an der Plusleitung 42 angeschlossen und sein Emitter steht über einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen 48 und 49 mit Masse in Verbindung. Der Mittelabgriff des Spannungsteilers aus den Widerständen 48 und 49 ist zu einem Eingang 50 eines Zeitgliedes 51 geführt, welches einen Miller-Integrator aufweist. Dem Ausgang des Zeitgliedes 51 folgt ein Schwellwertschalter 54, und dieser wiederum ist mit dem Eingang 35 des Verknüpfungsgliedes 34 gekoppelt.

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Die Einrichtung zur elektronischen Einspritzmengenregelung arbeitet wie folgt:

Dem elektromagnetischen Mengenstellwerk 24 werden Impulse mit vorbestimmtem Tastverhältnis zugeführt. Diese Impulse bewirken einen Stromfluß in der Spule des Elektromagneten, der in seinem Mittel vom Tastverhältnis abhängt. Bei Regelabweichung Null und Nenndrehzahl ist das Tastverhältnis 1:1. Der Elektromagnet kann demnach konstruktiv auf Werte ausgelegt werden, die den Dauerstrichbetrieb nicht erfassen. Deshalb bedarf es einer Sicherheitsschaltung gegen einen Ausfall der Impulspausen.

Beim Fährbetrieb werden die Impulse des Drehzahlgebers 10 in der nachfolgenden Impulsformerstufe 11 in eine verarbeitbare Form gebracht. Die nachfolgende monostabile Kippstufe 12 erzeugt Impulse mit einem Verhältnis von 1 : 1 bei Nenndrehzahl. Das Ausgangssignal des der monostabilen Kippstufe 12 folgenden Tiefpasses 15 hat bei kleinen Drehzahlen eine der Betriebsspannung entsprechende Höhe. Sie verringert sich bei Nenndrehzahl auf deren Hälfte und wird mit zunehmender Drehzahl kleiner. Im Summenpunkt 16 werden nun die Ausgangssignale des Tiefpasses 15, des Weggebers für die Stellung des elektromagnetischen Stellwerkes 24 sowie des Sollwert-Gebers 18 miteinander verknüpft und das verknüpfte Signal dem Reglerblock 20 mit dem PID-Regler und dem Spannungs-Tastverhältnis-Wandler zugeführt. Bei Drehzahl Null weist das Ausgangssignal des Reglerblocks 20 den Spannungswert Null auf, so daß am Ausgang des logischen Gatters 22 mit der NOR-Gatter-Charakteristik ein positives Signal anliegt, wenn an dessen zweitem Eingang ebenfalls ein Null-Signal ansteht. Das positive Signal am Ausgang des logischen Gatters bewirkt einen Anzug des elektromagnetischen Mengenstellwerks und damit eine Verschiebung der Regelstange 25 in Richtung Volllast. Mit zunehmender Drehzahl ergibt, sich am Ausgang des Reglerblocks 20 ein ·impulsförmiges Signal mit größer werdendem Tastverhältnis. Dadurch wird das am Eingang 23 des elektromagnetischen Mengenstellwerks 24 anliegende Signal zunehmend ausgetastet und somit die Regelstange 25 aus ihrer Vollaststellung zurückgenommen.

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Dieser Wirkungsweise wird nun die Punktion der Schaltungseinrichtung zur Startunterstützung und der Sicherheitsschalteinrichtung überlagert.

Bei Drehzahl Null, d.h. ruhender Brennkraftmaschine, ist das Ausgangssignal des Tiefpasses 30 Null und das des Schwellwertschalters 31 gleich der Betriebsspannung UB. Dadurch ist auch das Ausgangs signal des Verknüpfungsgliedes J>k auf hohem Potential und folglich das Ausgangssignal des logischen Gatters 22 auf Null. Die Regelstange 25 befindet sich daher in Null-Stellung. Die Integrations-Zeitkonstante des Tiefpasses 30 ist nun so ausgelegt, daß nach einigen Umdrehungen die 'Kondensatorspannung auf die Schwellenspannung des Schwellwertschalters 31 angestiegen ist,- wodurch dessen Ausgangssignal auf Null abfällt und infolgedessen der Eingang des elektromagnetischen Mengenstellwerks 24 auf Betriebsspannungspotential liegt, zumal das Ausgangssignal des Reglerblocks 20 ebenfalls noch Null ist. Diese Startunterstützung wirkt nun so lange, bis der Regelbereich des PID-Reglers im Reglerblock

20 erreicht ist und dieser die Steuerung des elektromagnetischen Mengenstellwerks 2¹J übernimmt. Bei geschlossenem Schalter 32 läßt sich die Schwelle des Schwellwertschalters 31 drehzahlabhängig gestalten, wodurch erreicht werden kann, daß die Startunterstützung erst z.B. bei 200 U/min einsetzt.

Die Sicherheitsschaltung dient dazu, den Dauerstrichbetrieb des Elektromagneten im elektromagnetischen Mengenstellwerk 24 zu verhindern. Dazu bedarf es bei der vorgegebenen Schaltungsanordnung eines Eingangssignales am Eingang 35 des Verknüpfungsgliedes 3M dann, wenn das Potential am Verknüpfungspunkt

21 am Ausgang des Reglerblocks 20 dauernd ein tiefes Potential aufweist. Bei der Drehzahl Null steht am Ausgang des Tiefpasses 30 ein Signal mit einer Amplitude an, die den Schwellwertschalter 40 am Eingang der Sicherheitsschaltung noch nicht

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ansprechen läßt und somit der Transistor 4l durchgeschaltet ist. Dadurch fällt über den Widerstand 45 eine hohe Spannung ab, der Transistor 47 schaltet und hält den Eingang 50 des Zeitgliedes 51 auf hohem Potential. Das Ausgangssignal des Zeitgliedes 51 ist daher ebenfalls niedrig, der Schwellwertschalter 54 spricht nicht an und am Eingang 35 des Verknüpfurigsgliedes 34 liegt keine Spannung an. Nach wenigen Umdrehungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist das Potential am Ausgang des Tiefpasses 30 über den Schwellwert des Schwellwertschalters 40 angestiegen, er schaltet seinen Ausgang auf hohes Potential und sperrt damit die Transistoren 41 und 47. Dadurch wird das Eingangspotential des Zeitgliedes 51 abgesenkt und der Ladevorgang des im Zeitglied 51 enthaltenden Kondensators kann beginnen. Nach Erreichen des Schwellenwertes des Schwellwertschalters 54 schaltet dieser durch und letztlich die Spannung am Eingang 23 des elektromagnetischen Mengenstellwerks 24 ab. Die Standzeit des im Zeitglied 51 enthaltenen Miller-Integrators wird nun mit ca. 20 - 30 Sekunden so groß gewählt, daß im Normalbetriebsfall die Umschaltschwelle des nachfolgenden Schwellwertschalters 54 nicht erreicht wird.

Gibt der Reglerblock 20 positive Ausgangsimpulse ab, dann wird der Transistor 47 durchgeschaltet und damit das Eingangspotential des Zeitgliedes 51 angehoben. Als Folge davon bricht die Ausgangsspannung zusammen und am Eingang 23 des elektromagnetischen Mengenstellwerks 24 liegt während der nachfolgenden Impulspause des Ausgangssignals des Reglerblocks 20 ein positives Signal an.

Die gezeigte Schaltungseinrichtung für die Startunterstützung macht bereits mit dem Schalter 32 die Variationsmöglichkeit für die Art der Startunterstützung deutlich. So ist bei geöffnetem Schalter 32 die Schwelle des Schwellwertschalters 31 konstant und bei geschlossenem Schalter 32 drehzahlabhängig.

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Als weitere Eingriffsmöglichkeiten ist noch eine Temperaturabhängigkeit sowie eine Zeitabhängigkeit denkbar.

Mit dem Weggeber 17 wird die Stellung der Regelstange 25 überwacht, was zu einer Erhöhung der Einstellgenauigkeit führt.

Mit der vorliegenden Einrichtung zur elektronischen Einspritzmenge nrege lung gelingt es, die Ansteuerung des elektromagnetischen Mengenstellwerks 2k optimal zu überwachen unabhängig von einer möglichen Drehzahlregelung auf mechanischem Wege. Darüber hinaus sorgt die Schaltungseinrichtung zur Startunterstützung für ein problemloses Anspringen der Brennkraftmaschine und daher einem hohen Bedienungskomfort.

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Claims

R. /: t^f ■

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

|ΓΧ Einrichtung zur elektronischen Einspritzmengenregelung bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung, bei der die Einspritzmenge mit einem vorzugsweise eine PID-Charakteristik aufweisenden Regler regelbar ist und über ein elektromagnetisches Mengenstellwerk zugemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

is£^ eine Sicherheitsschalteinrichtung vorgesehen/die auf einen Ausfall der Impulspausen im Ansteuersignal für das elektromagnetische Mengenverstellwert (2¹O anspricht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsschaltung ein Zeitglied (51) mit rücksetzbarem Integrator enthält.

3. Einrichtung zur elektronischen Einspritzmengenregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektrischen Eingang (23) des elektromagnetischen Mengenstellwerks eine Schaltungseinrichtung mit der Funktion eines logischen Gatters (22) vorgeschaltet ist, der sowohl die Ausgangssignale eines Reglerblocks (20) als auch das Ausgangssignal der Sicherheitsschaltung zu^führbar sind.

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l». Einrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung mit der Funktion eines logischen Gatters (22) ein NOR-Gatter darstellt.

5. Einrichtung zur elektronischen Einspritzmengenregelung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltungseinrichtung zur Startunterstützung vorgesehen ist, die vorzugsweise bei geringer Drehzahl die Einspritzmenge auf einen hohen Wert steuert und ein vorzugsweise als Tiefpaß (30) ausgebildetes Zeitglied das Eingangssignal für die Schaltungseinrichtung zur Startunterstützung und die Sicherheitsschaltung liefert.

6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Startunterstützung abhängig von Drehzahl und/oder Zeit abregelbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Startunterstützung temperaturabhängig ist.

8. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung zur Startunterstützung so ausgelegt ist, daß die Startunterstützung vorzugsweise so lange andauert, bis die Drehzahl der Brennkraftmaschine den Arbeitsbereich des Reglerblocks (20) erreicht hat.

9. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, da-

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durch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Sicherheitsschaltung und der Schalteinrichtung zur Startunterstützung einem logischen Gatter zuführbar sind.

LlO. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal eines Drehzahlgebers (10) einem Zeitglied mit konstanter Impulsdauer (12) zugeführt wird, dessen Ausgang mit vorzugsweise zwei Tiefpässen (15 und 30) mit unterschiedlichen Zeitkonstanten gekoppelt ist, wobei ein Tiefpass (15) dem Reglerblock (20) vorgeschaltet ist und der andere (30) ein Eingangssignal für die der Startunterstützung dienende Schaltungseinrxchtung mit einem Schwellwertschalter (31) sowie für die Sicherheitsschalteinrichtung mit dem Zeitglied (51) liefert.

11. Einrichtung nach wenigstens Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (51) mit rücksetzbarem Integrator in der Sicherheitsschalteinrichtung über eine wenigstens einen Transistor (^7) enthaltende Koppelstufe mit dem Ausgang des Reglerblocks (20) verbunden ist.

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