DE2735601A1

DE2735601A1 - Verfahren und einrichtung zur bestimmung der einspritzzeit bei brennkraftmaschinen mit fremdzuendung

Info

Publication number: DE2735601A1
Application number: DE19772735601
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Anlauf; Hans Schnuerle
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: JPS5428935A; GB1601984A; US4195598A

Description

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Einspritzzeit bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung

Zusammenfassung

Es wird ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Einspritzzeit bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung vorgeschlagen, die der Bildung der zu gegebenen Betriebskenngrößen optimalen Einspritzzeit dienen, wobei diese Einspritzzeit ausgehend von der Drehzahl und dem Drosselklappenwinkel ermittelt wird. Das Verfahren zum Bestimmen der Einspritzzeit besteht darin, daß ausgehend von einem Drehzahl- und einem Drosselklappenwinkelsignal ein Grundeinspritzzeitimpuls ermittelt wird, der nachfolgend mittels einer gesteuerten Nichtlinearität dem empirisch ermittelten optimalen Wert der Einspritzzeit bei gegebenen Betriebskenngrößen angenähert wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird ein Grundeinspritzzeitsignal in einer Divisionsstufe gebildet und deren Ausgangssignal wenigstens einer vom Drosselklappenwinkel und der Drehzahl abhängigen steuerbaren Nichtlinearität zugeführt.

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Allgemeines

Wird die optimale Einspritzzeit bei Brennkraftmaschinen über der reziproken Drehzahl aufgetragen, wobei der Drosselklappenwinkel den Parameter darstellt, so ergeben sich bis zu einem Drosselklappenwinkel von etwa 30° angenähert Exponential-Punktionen (e-Punktionen). Diese verlaufen mit abnehmendem Drosselklappenwinkel flacher. Bei Winkeln oberhalb etwa 30° ergeben sich bei hohen Drehzahlen Überhöhungen, die etwa unterhalb 2000 Umdrehungen abklingen.

Diese Kennlinien sind spezifisch für jeden einzelnen Brennkraftmaschinentyp,und innerhalb einer Serie nahezu gleichbleibend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf einfache Weise diese gemessenen Kennlinien elektrisch nachzubilden und auf diese Weise ausgehend von den leicht ermittelbaren Betriebskenngrößen Drehzahl- und Drosselklappenwinkel eine optimale Einspritzzeit zu bestimmen.

Stand cter Technik

Es ist bereits eine Einrichtung zur Bestimmung der Einspritzzeit bei Brennkraftmaschinen mittels Nachbildung von Kennlinien bekanntgeworden, bei der die gemessenen und e-funktionsähnlichen Kennlinien durch Widerstands-Kondensatoren-Ladeschaltungen erzeugt werden und in der die Zeitkonstante R.C durch das Drosselklappenpotentiometer gesteuert wird. Da das Potentiometer dabei als steuerbarer Widerstand betrieben wird, muß im gesamten Steuerbereich der Absolutwert des elektrischen Widerstandes in engen Toleranzgrenzen gehalten werden. Dies ist, da die Zeitkonstante in erster Näherung hyperbolisch vom Drosselklappenwinkel abhängt, mit vertretbarem Aufwand nicht zu verwirklichen.

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In einer anderen bekannten Schaltung wird das Potentiometer durch einen gesteuerten Widerstand ersetzt, dessen Absolutwert durch das Teilerverhältnis des Geberpotentiometers bestimmt wird.

Sämtliche bekannten Schaltungen zur Kennliniennachbildung haben sich vor allem dann als problematisch und ungünstig erwiesen, wenn erstens für die Nachbildung eine hohe zeitliche Konstanz und Exaktheit gefordert wird und vor allem wenn gerade bei hohen Drehzahlen und großem Drosselklappenwinkel die Überhöhung der Einspritzzeit gebildet werden soll.

Vorteile der Erfindung

Mit dem Gegenstand der Erfindung ist es möglich, die empirisch ermittelten optimalen Einspritzzeiten nahezu exakt nachzubilden. Vor allem lassen sich die Überhöhungen bei hohen Drehzahlen mit guter Näherung nachbilden und außerdem die Verengung der Einspritzzeiten über dem gesamten Drosselklappenwinkelbereich bei niedrigen Drehzahlen. Da die Nachbildung der e-Punktionen derart über gesteuerte Nichtlinearitäten erfolgt, daß nicht die Zeitkonstante der Nichtlinearitäten als solche verändert werden, sondern deren Ladezeit, bedarf es keiner Änderung der elektrischen Größe von passiven Bauelementen. Dies bedeutet, daß auch keine hochgenauen Widerstands- oder Kapazitätswerte eingestellt bzw. verändert werden müssen. Nicht zuletzt deshalb wird die ganze Schaltungsanordnung kostengünstig in ihrem Aufbau und liefert doch eine dem optimalen Wert angenäherte Einspritzzeit. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, die erfindungsgemäße Grundschaltung mit einer Antiruckelschaltung zu kombinieren. Mit dieser Antiruckelschaltung können auftretende Zeitsprünge, die z.B. im Antrieb des Drehzahlgebers ihre Ursache haben, ausgemittelt werden.

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Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .

Es zeigen Figur 1 ein meßtechnisch gewonnenes Diagramm, bei dem die optimale Einspritzzeit über der reziproken Drehzahl und mit dem Drosselklappenwinkel als Parameter aufgezeichnet ist. Figur 2 zeigt ein grobes Blockschaltbild, Figur 3 ein dazugehörendes Impulsdiagramm und Figur 4 schließlich eine Realisierungsmöglichkeit der wesentlichsten Teile des Blockschaltbildes von Figur 2.

Beschreibung der Erfindung

Figur 1 zeigt die empirisch ermittelte optimale Einspritzzeit bei einer bestimmten Brennkraftmaschine. Wesentlich sind zwei Besonderheiten: Erstens verengt sich der Bereich der Einspritzzeit über dem gesamten Drosselklappenwinkel bei niedrigen Drehzahlen bzw. großer Periodendauer und zweitens ergibt sich eine überhöhung der Einspritzzeit bei hohen Drehzahlen und großem Drosselklappenwinkel. Erkennbar ist weiterhin der Charakter der Kurven als e-Funktion zumindest im jeweiligen Anfangsbereich. Aufgrund dieser Verläufe liegt es nahe, die Kurven mittels gesteuerten Nichtliniearitäten nachzubilden, wobei der Drosselklappenwinkel der Parameter ist.

Figur 2 zeigt ein grobes Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung, mit der die empirisch ermittelten Kurven von Figur nachgebildet werden können. Mit 10 ist ein Drehzahlgeber bezeichnet und mit 11 ein Drosselklappenwinkelgeber. Beide Geber 10 und 11 wirken auf eine Division3stufe 13 ein, der eine Antirucke!schaltung Ik nebengeordnet ist. Am Ausgang 15 der

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Divisionsstufe 13 erscheint ein Grundeinspritzzeitsignal der Länge ti. Verbunden ist der Ausgang 15 der Divisionsstufe 13 mit einem Eingang 17 einer Kennfelddämpfungsstufe 18, die zwei weitere Eingänge 19 und 20 aufweist, sowie mit einem ersten Eingang 21 einer gesteuerten Nichtlinearität 22. Der Ausgang der Kennfelddämpfungsstufe 18 wirkt auf eine Endwertsteuerschaltung 25 ein, die mit einem zweiten Eingang 23 der steuerbaren Nichtlinearität 22 verbunden ist. Dem Ausgang 2¹I der steuerbaren Nichtlinearität folgt zweckmäßigerweise eine nicht dargestellte Korrekturstufe, um die Einspritzzeit abhängig von mehr statischen Korrekturgrößen, wie z.B. Starttemperatur, barometrischer Höhe und anderes mehr zu korrigieren. Sowohl die Kennfelddämpfungsstufe l8 als auch die Endwertsteuerstufe 25 sind direkt mit dem Drosselklappenwinkelgeber 11 verbunden und teils mittelbar, teils unmittelbar mit dem Drehzahlgeber 10. Den Treiberstufen für die Einspritzventile 28 ist schließlich noch ein Spannungs-Zeit-Wandler 29 vorgschaltet.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung von Figur 2 läßt sich am besten anhand der Impulsdiagramme von Figur 3 aufzeigen.

Figur 3a zeigt das Ausgangssignal des Drehzahlgebers 10, wobei ersichtlich ist, daß das Potential bei jedem Zündimpuls wechselt und sich somit eine Impulsdauer T von 1/2 . η ergibt. Der Divisionsvorgang in der Divisionsstufe 13 ist in Figur 3b dargestellt. Danach wird ein in der Divisionsstufe 13 enthaltener Speicher linear während der Impulsdauer des Drehzahlgebersignales aufgeladen und nach dem Ende der Impulsdauer abhängig vom Drosselklappenwinkel wieder entladen. Figur 3c zeigt ein Signal mit der Impulsdauer ti, welches in seiner Länge der Entladezeit des Speichers in der Divisionsstufe 13 entspricht. Da die Aufladung des Speichors direkt proportional zur Zeitdauer T gleich 1/2 . η ist und die Entladung abhängig vom Drosselklappenwinkel erfolgt, ergibt sich ein Divisionssignal mit der Länge ti. Das Signal nach Figur 3c wird der

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steuerbaren Nichtlinearität 22 zugeführt und sorgt während der Zeitdauer ti für einen Aufladevorgang nach einer e-Funktion wie sie Figur 3d zeigt. Wesentlich bei dieser steuerbaren Nichtlinearität 22 ist, daß nicht die Zeitkonstante gesteuert wird, d.h. die AnfangsSteigung der Ladespannung, sondern der Zeitpunkt, bis zu dem der Aufladevorgang eines Speichers nach einer e-Funktion erfolgt. Die Ladespannung des Speichers wird am Ende der Ladezeit ti in einem Spannungs-Zeit-Wandler in die gegebenenfalls noch zu korrigierende Einspritzzeit ti umgesetzt. Das Ausgangssignal ti des Spannungs-Zeit-Wandlers 29 ist in Figur 3f dargestellt. Wird die Einspritzzeit ti als Funktion der Periodendauer T mit dem Drosselklappenwinkel als Parameter graphisch dargestellt, so ergeben sich ebenfalls e-Funktionen, deren Zeitkonstanten approximieren die Drehzahl-Drosselklappen-Kennlinien von Verbrennungskraftmaschinen nach Figur 1. Sie sind nicht mit der ebenfalls exponentiellen Ladekurve des Speichers der Nichtlinearität identisch. Auf diese Weise lassen sich also durch Variation der Periodendauer und des Drosselklappenwinkels über die Ladedauer ti e-Funktionen mit gleichem Grenzwert, aber unterschiedlichen Zeitkonstanten erzeugen, obwohl die Zeitkonstante der steuerbaren Nichtlinearität nicht verändert wird.

Sollen die einzelnen Drehzahl-Drosselklappen-Kennlinien in Figur 1 durch e-Funktionen approximiert werden, bei denen lediglich die Zeitkonstante variiert wird, so ergibt sich ein großes Verhältnis von größter zu kleinster Zeitkonstante. Der Variationsbereich wird beträchtlich eingeschränkt, wenn außer der Zeitkonstante auch der Grenzwert variiert wird, gegen den die Einspritzzeit ti für unendlich lange Periodendauer T strebt. Dies wird erreicht durch die Steuerung des Grenzwertes, gegen den die Ladespannung der steuerbaren Nichtlinearität strebt. Erzeugt werden die unterschiedlichen Grenzwertspannungen in der Endwert-Steuerstufe 25, und zwar entsprechend dem Diagramm Von Figur 1 in der Weise, daß diese Grenzwertspannungen mit steigendem Drosselklappenwinkel zunehmen.

⁺mit wachsendem Drosselklappenwinkel abnehmen. Diese e-Funktionen

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R. * O 27

Zur Absenkung der Einspritzdauer ti bei kleineren Drehzahlen und großem Drosselklappenwinkel dient die Kennfeiddämpfungsstufe 18, die zu diesem Zweck Informationen vom Drehzahlgeber IO und Drosselklappenwinkelgeber 11 erhält.

Gestrichelt gezeichnet ist in Figur 3b die Wirkungsweise der Antiruckelschaltung 14, die mit der Divisionsstufe 13 zusammenwirkt. Nach dieser Darstellung erfolgt der Aufladevorgang des Speichers in der Divisionsstufe 13 in zwei Abschnitten mit unterschiedlicher Steigung, wobei der zweite Aufladungsabschnitt mit einer wesentlich geringeren Steigung der Signalspannung vor sich geht. Diese Antiruckelschaltungen sind aus der Literatur ausreichend bekannt und vermögen Sprünge im Ausgangssignal des Drehzahlgebers 10 für die weitere Signalverarbeitung zu dämpfen.

Figur 4 zeigt ein detailliertes Schaltbild der Schaltungsanordnung von Figur 2. Zur besseren Übersichtlichkeit weist die Schaltungsanordnung von Figur 4 senkrechte, stark ausgezogene strichpunktierte Linien auf, sowie gestrichelte Linien. Dargestellt sind die Einzelheiten von Dividierstufe 13, Antiruckelschaltung 14, steuerbarer Nichtlinearität 21, Kennfeiddämpf ungs stufe 18, Endwertsteuerstufe 25 sowie der Spannungs-Zeit-Wandler 29. Als Geber für die Betriebskenngrößen Drehzahl und Drosselklappenwinkel ist der Drehzahlgeber 10 und der Drosselklappenwinkelgeber 11 gezeichnet. Im einzelnen ergibt sich der wie folgt skizzierte Aufbau und Funktionsablauf. Den Speicher in der Divisionsstufe 13 bildet der Kondensator 40. Er wird aus einer Konstantstromquelle mit einem Transistor 41 gespeist, wenn das Potential am Verbindungspunkt 42 von Kondensator 40 und Transistor 4l nicht durch einen Eingangsimpuls abgesenkt ist. Der drosselklappenwinkelabhängigen Entladung des Speichers 40 dient die vom Drosselklappenwinkel abhängig gesteuerte Stromquelle mit einem Transistor 44, dessen Basis über eine Diode 45 mit einem mit der Drosselklappe gekuppelten Potentiometer 46 verbunden ist.

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R. "A O 3 7'

Die Antiruckelschaltung 14 wird gebildet aus einem Kondensator 47 und einer Konstantstromquelle mit einem Transistor 48, wobei dieser Kondensator 47 ab einem bestimmten Ladezustand des Kondensators 40 diesem parallel geschaltet wird, bzw. einem Teil seines Ladestromes aufnimmt.

Senkt sich das Potential am Verbindungspunkt 42 zwischen Kondensator 40 und Ladestromquelle mit dem Transistor 4l aufgrund eines Signals vom Drehzahlgeber 10 ab, so wird diese Absenkung auch auf die Basis eines nachfolgenden Schalttransistors 50 übertragen. Der Transistor 50 sperrt nun so lange, bis das Potential seiner Basis wieder einen bestimmten Wert erreicht hat. Am Kollektor dieses Transistors 50 erscheint das Signal von Figur 3c. Die steuerbare Nichtlinearität 22 enthält als Speicher einen Kondensator 52, der über einen Widerstand 53 aus einem Spannungsteiler mit den Widerständen 54 und 55 aufgeladen wird, wobei der Spannungsteiler am Abgriff in seinem Potential zusätzlich über eine Leitung 56 beeinflußbar ist. Da die Spannung auf der Leitung 56, die gleichzeitig mit dem Mittelabgriff des Spannungsteilers aus den Widerständen 54 und 55 verbunden ist, niederohmig bereitgestellt wird, ist die Zeitkonstante der Kondensatoraufladung allein abhängig vom Wert des Widerstandes 53 und der Kapazität des Kondensators 52. Eine Aufladung des Kondensators 52 kann nun so lange erfolgen, als das Potential am Kollektor des Transistors 50 auf einem hohen Wert liegt, d.h., der Transistor 50 gesperrt ist. Wird das Potential am Kollektor des Transistors 50 nach Ablauf der Zeit ti sprunghaft abgesenkt, so überträgt sich der Potentialsprung aufgrund der Tatsache, daß die Spannung über einem Kondensator nicht springen kann, auch auf die Basis eines nachfolgenden Transistors 58. Dieser Transistor sperrt bis zu dem Zeitpunkt, da sein Basispotential durch Umladung des Kondensators 52 wieder auf einen bestimmten Wert angehoben ist, und am Kollektor dieses Transistors 5Ϊ erscheint das Ausgangssignal in Form einer Einspritzzeit ti.

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Die Endwertsteuerung erfolgt mit der Endwertsteuerstufe 25 mit einem Transistor 60, dessen Basis direkt mit dem Abgriff des mit der Drosselklappe verbundenen Potentiometers 46 verbunden ist. Bei Vollast liegt am Abgriff des Spannungsteilers 46 ein hohes Potential, was .einen hohen Stromfluß durch den Transistor 60 zur Folge hat und das Potential an seinem Emitter, der über einen Widerstand 6l mit einer Masseleitung verbunden ist, anhebt. Da der Emitter des Transistors 60 über eine Diode 62 mit der Verbindungsleitung 56 gekoppelt ist, welche die Grenzwertspannung für den Kondensator 52 der steuerbaren Nichtlinearität 22 bestimmt, erhöht sich mit zunehmendem Drosselklappenwinkel das Potential am Emitter des Transistors 60, und damit über die Diode 62 auch der Grenzwert der Spannung über dem Kondensator 52. Da infolge der angenähert linearen Spannungs-Zeit-Wandlung einer erhöhten Kondensatorspannung auch eine erhöhte Einspritzzeit zugeordnet werden kann, ergibt sich der in Figur 1 dargestellte Einspritzzeitverlauf bei hohen Drehzahlen und unterschiedlichen Drosselklappenwinkeln.

Der Dämpfung der Einspritzzeit bei hohen Drosselklappenwinkeln und geringerer Drehzahl dient die Kennfeiddämpfungsstufe 18. Sie enthält im wesentlichen einen Schalter mit einem Transistor 65, dessen Kollektor einmal über einen Widerstand 66 mit einer Plusleitung verbunden ist und ferner mit dem Kollektor eines weiteren Transistors 67, dessen Emitter mit der Basis des Transistors 60 gekoppelt ist und dessen Basis einmal über einen Kondensator 68 zu der Plusleitung geführt ist sowie über einen Widerstand 69 und eine Diode 70 zum Mittelabgriff des Spannungsteilers aus den Widerständen 71 und 72 in Reihe zum Transistor 50.

Nach dem Diagramm von Figur 1 soll die Einspritzzeit ti mit abnehmender Drehzahl und zunehmendem Drosselklappenwinkel gesenkt werden. Zu verarbeiten sind deshalb sowohl eine Infor-

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mation vom Drehzahlgeber als auch eine Information vom Drosselklappenwinkelgeber. Die Drehzahlgeber-Information gelangt vom Drehzahlgeber 10 über einen Kondensator Jk auf die Basis des Transistors 65· Dieser Kondensator Ik wirkt in Verbindung mit zwei Widerständen 75 und 76, die jeweils von einem Kondensatoranschluß zu einem der Pole der Spannungsquelle führen, als Zeitglied. Ein negativer Potentialsprung am Drehzahlgeber 10 wird über den Kondensator 7¹I auf die Basis des Transistors 65 übertragen und sperrt diesen so lange, bis das basisseitige Potential über den Widerstand 75 wieder angehoben worden ist. Während des gesperrten Zustandes des Transistors 65 liegt dessen Kollektor auf hohem Potential und der Kondensator 68 entlädt sich über die Basis-Kollektor-Diode des Transistors 67 und den Widerstand 66. Steuert der Transistor 65 durch, dann lädt sich der Kondensator 68 mit einer durch den Widerstand 69 und den Kondensator 68 gegebenen Zeitkonstante auf einen Spannungswert auf, der durch das Teilerverhältnis der Widerstände 71 und 72 bei leitendem Transistor 50 gegeben ist. Diese Aufladung bestimmt wiederum zusammen mit der Stellung des mit der Drosselklappe verbundenen Potentiometers 16 das Emitterpotential des Transistors 67 und damit über den Transistor 60 die maximale Ladespannung des Kondensators 52. Die Beeinflussung des Emitterpotentials des Transistors 67 ist nun entsprechend dem in Figur 1 dargestellten Diagramm über die Dimensionierung der einzelnen Werte so zu wählen, daß das Potential auf der Verbindungsleitung 56 für kleiner werdende Drehzahlen bei höherem Drosselklappenwinkel abfällt.

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Claims

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Ansprüche

QlJ Verfahren zum Bestimmen der Einspritzzeit bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, bei dem ausgehend von einem Drehzahl- und einem Drosselklappenwinkelsignal ein Grundeinsprit zzeitsignal ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundeinspritzzeitsignal mittels einer steuerbaren Nichtlinearität dem empirisch ermittelten optimalen Wert der Einspritzzeit bei gegebenen Betriebskenngrößen angenähert wird.

2. Verfahren zum Bestimmen der Einspritzzeit bei Brenj^kraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Nichtlinearität vorzugsweise eine e-Funktion enthält, deren Zeitkonstante konstant gehalten und deren Lade- und/oder Entladezeit gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Nichtlinearität auch über eine veränderbare Grenzwertspannung erfolgt.

k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Grenzwertspannung der e-Punktion bei konstanter Drehzahl mit steigendem Drosselklappenwinkel erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert der e-Punktion mit kleiner werdender Drehzahl und größer werdendem Drosselklappenwinkel verringert wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Divisionsstufe für Signale der Drehzahl und des Drosselklappenwinkels, dadurch gekennzeichnet, daß der Divisionsstufe (13) eine steuerbare Nichtlinearität (22) nachgeschaltet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Nichtlinearität (22) eine bestimmte, vorzugsweise nicht veränderbare Zeitkonstante aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbaren Nichtlinearität (22) mittelbar oder unmittelbar ein Spannungs-Zeit-Wandler (29) nachgeschaltet ist.

9· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Nichtlinearität mit einer Endwertsteuerstufe (25) für den elektrischen Grenzwert der Nichtlinearität gekoppelt ist.

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10. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine Kennfelddämpfungsstufe (18) wenigstens in die Endwertsteuerstufe (25) eingreift.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Drehzahl- und/oder Drosselklappenwinkel-Signale der Kennfelddämpfungsstufe (18) und/oder der Endwertsteuerstufe (25) zuführbar sind.

12. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Divisionsstufe (13) mit einer Antiruckelschaltung (14) gekoppelt ist.

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