DE3325651C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zeitsteuereinrichtung für
eine Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Zeitsteuereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzpumpe
ist aus der DE-OS 31 34 667 bekannt. Diese
bekannte Zeitsteuereinrichtung weist einen hydraulischen
Zeitgeber zum Betätigen eines Teils auf, um die Einspritzvoreilung
einer Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine
einzustellen, wobei die Einspritzvoreilung entsprechend
dem Tastverhältnis eines impulsförmigen Ansteuersignals
eingestellt wird, das an ein Zeitsteuerventil
des hydraulischen Zeitgebers angelegt wird. Die bekannte
Zeitsteuereinrichtung enthält ferner eine erste
Einrichtung zum Erzeugen eines die Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe
anzeigenden ersten Signals und auch eine
zweite Einrichtung zum Erzeugen eines das Tastverhältnis
des impulsförmigen Ansteuersignals anzeigenden zweiten Signals.
Das impulsförmige Ansteuersignal wird mit Hilfe
eines Impulsgenerators erzeugt, wobei das Tastverhältnis
des impulsförmigen Ansteuersignals entsprechend dem zweiten
Signal gesteuert wird.
Aus der DE-OS 26 53 046 ist ein elektronisches Regelverfahren
und ein Regelsystem zur Bestimmung des Spritzbeginns
bei Dieselmotoren bekannt. Gemäß diesem bekannten
Regelverfahren wird zur Ermittlung eines winkelproportionalen
Sollwertes des optimalen Spritzbeginns ein entsprechende
Daten enthaltendes Kennfeld unter Einbeziehung
von äußeren Betriebsparametern wie Drehzahl, Last, Temperatur
usw. ausgewertet und ferner durch Abtastung vorzugsweise
im Spritzdüsenbereich ein winkelproportionales
Istwertsignal des Spritzbeginns ermittelt. Mit Hilfe
einer Vergleichslogik, die sowohl das Istwertsignal als
auch das Sollwertsignal empfängt, wird eine Regelabweichung
festgestellt und es wird eine Einrichtung zur
Spritzverstellung entsprechend angesteuert, womit eine
geschlossene Regelschleife gebildet ist.
Da bei herkömmlichen Zeitsteuereinrichtungen der erläuterten
Art das Zeitsteuer-Magnetventil zum Öffnen/Schließen
durch das Anlegen eines impulsförmigen Signals mit
einer konstanten Periode betätigt wird, und da die Einstellung
der Einspritzvoreilung entsprechend dem Tastverhältnis
des impulsförmigen Ansteuersignals durchgeführt
wird, ist sie auch mit dem Nachteil behaftet, daß sie sich
infolge einer Resonanzerscheinung unstabil bewegt, wenn
die Drehzahl der von einem Brennkraftmotor betätigten Einspritzpumpe
in einem ganz bestimmten Drehzahlbereich liegt.
Wenn beispielsweise in einem Sechszylindermotor ein impulsförmiges
Ansteuersignal mit einer Periode von 20 (ms)
verwendet wird, ist die Reaktionsperiode der vorerwähnten
Gegen- oder Reaktionskraft bei Motordrehzahlen von 1000 U/min
und bei 2000 U/min 10 (ms) bzw. 5 (ms), so daß der Zeitgeber
unstabil wird. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist eine
Einrichtung vorgeschlagen worden, in welcher eine Anzahl
Oszillatoren, die unterschiedliche Ausgangsfrequenzen
haben, vorgesehen sind und in welcher das Ausgangssignal
eines der Oszillatoren zum Steuern des impulsförmigen Ansteuersignals
verwendet wird, um das Auftreten der Resonanzerscheinung
zu vermeiden. Da jedoch die Resonanzzonen
insbesondere in dem unteren Drehzahlbereich nahe beieinander
liegen, hat diese vorgeschlagene Einrichtung den einen
Nachteil, daß das Schalten der Frequenz des impulsförmigen
Ansteuersignals häufig in dem unteren Drehzahlbereich
durchgeführt werden muß, und weist den weiteren Nachteil
auf, daß die Standfestigkeit des Steuervorgangs zum Zeitpunkt
des Schaltens der Frequenz nicht gewährleistet werden
kann, da es nicht möglich ist, eine ausreichend breite
Hysteresezone zu erreichen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
eine Zeitsteuereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzpumpe
der angegebenen Gattung zu schaffen, in welcher
das Auftreten von Resonanzerscheinungen des Zeitgebers
in dem ausnutzbaren Drehzahlbereich der Kraftstoffeinspritzpumpe
vermieden werden kann, um so einen sicheren
und beständigen Steuerbetrieb durchführen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil
des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Da die Beziehung zwischen der Frequenz und der Drehzahl
der Kraftstoffeinspritzpumpe, in welcher der Zeitgeber
nicht in Resonanz kommt, schon vorher durch Versuche ermittelt
werden kann, kann die Zeitsteuereinrichtung so eingestellt
werden, daß die durch vorausgehende Versuche erhaltenen
Daten vorab in einem Speicher gespeichert werden
und die Ansteuerimpulsfrequenz, welche keine Resonanzerscheinung
in dem Zeitgeber hervorruft, wird für eine
gegebene Drehzahl für diesen Zeitpunkt auf der Basis der
in dem Speicher gespeicherten Daten festgelegt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Frequenzberechnungsschaltung
zu verwenden, die anhand einer oder
anhand mehrerer Formeln jeweils zu einer bestimmten Drehzahl
eine geeignete Frequenz berechnet, bei welcher keine
Resonanzerscheinung auftritt.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform
einer Zeitsteuereinrichtung mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe
mit Merkmalen nach der Erfindung, wobei
die Kraftstoffeinspritzpumpe zum Teil im Schnitt
wiedergegeben ist;
Fig. 2 eine Darstellung eines Resonanzbereichs in einer
N-f-Ebene;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Zeitsteuereinrichtung
der in Fig. 1 dargestellten
Einrichtung;
Fig. 4 ein ins einzelne gehendes Blockdiagramm der Zeitsteuereinrichtung
der Fig. 3;
Fig. 5A bis 5E Zeitdiagramme der Signale in Fig. 4, und
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Ansteuerimpuls-Signalgenerators.
In Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform
einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit einer Zeitsteuereinrichtung gemäß der Erfindung
dargestellt, wobei eine Kraftstoffeinspritzpumpe zum
Teil im Schnitt wiedergegeben ist. Die Einrichtung 1
weist eine herkömmliche
Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 2 auf, die dazu verwendet
wird, die eingespritzte Kraftstoffmenge und die Einspritzvoreilung
(oder den Zeitpunkt des Beginns einer Kraftstoffeinspritzung)
elektronisch zu steuern; die Kraftstoffeinspritzpumpe
5 spritzt von einem (nicht dargestellten) Tank zugeführten
Kraftstoff über Rohrleitungen und Einspritzdüsen in
die Zylinder eines Dieselmotors 3 ein. Obwohl in Fig. 1 nur
eine Rohrleitung und eine zugeordnete Einspritzdüse 5 zwischen
einem Druckventil 6 der Einspritzpumpe 2 und einem Zylinder
7 des Motors 3 dargestellt sind, wird der Kraftstoff von zugeordneten
(nicht dargestellten) Druckventilen der Kraftstoffeinspritzpumpe
2 in entsprechender Weise in die anderen Zylinder
des Motors 3 eingespritzt. Die Einrichtung 1
weist eine Steuereinheit 8
zum elektronischen Steuern der Einspritzvoreilung der Kraftstoffeinspritzung
auf.
Die Kraftstoffeinspritzpumpe 2 weist eine Antriebswelle 9,
die drehbar in einem Gehäuse 10 gehaltert ist und von dem
Motor 3 angetrieben ist, eine durch die Antriebswelle 9 gedrehte
Nockenscheibe 11 und einen Rollenhalter 12 mit einer
Anzahl Rollen auf (von welchen in Fig. 1 nur eine Rolle 13
zu sehen ist). Durch die Nockenscheibe 11 wird ein Plungerkolben
14 entsprechend der Drehbewegung der Antriebswelle 9
hin- und herbewegt und gleichzeitig gedreht. Der Plungerkolben
14 weist an seinem einen Ende Einlaßschlitze auf, deren Anzahl
der Anzahl der Zylinder des Motors 3 entspricht. (In Fig. 1
sind nur zwei Einlaßschlitze 15 und 16 dargestellt.) Bekanntlich
wird die eingespritzte Kraftstoffmenge durch die jeweilige
Stellung zwischen einer Steuerbuchse 17 und dem Plungerkolben
14 eingestellt. Zum Einstellen ist die Steuerbuchse 17
an ein Solenoid-Stellglied 18 angekoppelt; der elektrische Strom
zum Steuern des Solenoid-Stellglieds 18 wird von einer (nicht
dargestellten) Kraftstoffmengen-Steuereinheit zugeführt, wodurch
dann die Stellung der Steuerbuchse 17 zum freien Einstellen
der eingespritzten Kraftstoffmenge geändert werden
kann.
An dem Stellglied 18 ist ein Positionsfühler 19 zum Fühlen
der Stellung der Steuerbuchse 17 vorgesehen, und ein Signal
S₁ von dem Positionsfühler 19 wird als ein die Größe der Belastung
an dem Motor 3 anzeigendes Signal an die Steuereinheit
8 angelegt.
Die Kraftstoffeinspritzpumpe 2 weist einen hydraulischen Zeitgeber
20 zum Einstellen der Einspritzvoreilung des von der
Einspritzpumpe 2 eingespritzten Kraftstoffs auf. Der Zeitgeber
20 weist einen Kolben 21 auf, auf dessen eine Endfläche eine
Druckfeder 22 wirkt. Obwohl, um die Beschreibung der Einrichtung
zu erleichtern, die Achse des Zeitgebers 20 hier
so dargestellt ist, daß sie parallel zu der der Antriebswelle
9 verläuft, ist in einer tatsächlich ausgeführten Einrichtung
der Zeitgeber 20 so festgelegt, daß die Achse des Zeitgeberkolbens
21 und die Antriebswelle 9 einen rechten Winkel miteinander
bilden. Ein in einer Gehäusekammer 23 herrschender
Druck wird über einen Durchlaß 24 und eine Verengung 25 auf
die andere Endfläche des Zeitgeberkolbens 21 ausgeübt. Ein
druckregulierendes Magnetventil oder ein Zeitsteuerventil 26
ist vorgesehen, um den auf den Zeitgeberkolben 21 ausgeübten
Druck zu regulieren, um so den Kolben 21 in einer geforderten
Stellung festzulegen. Das Zeitsteuerventil 26 wird entsprechend
gesteuert, um den Druck in einer Zylinderkammer 27 auf einen
geforderten Wert einzustellen. Der Kolben 21 ist gelenkig mit
einem Ende einer Stange 28 verbunden, deren anderes Ende mit
dem Rollenhalter 12 verbunden ist, so daß die Winkelstellung
des Rollenhalters 12 entsprechend der Stellung des Zeitgeberkolbens
21 geändert werden kann so daß die Kraftstoff-Einspritzvoreilung
durch ein impulsförmiges Ansteuersignal S₂
gesteuert werden kann, das von der Steuereinheit 8 aus an die
Erregerwicklung 29 des Zeitsteuerventils 26 angelegt wird.
Zum Feststellen der Motordrehzahl und des oberen Totpunkt-
Zeitpunkts des Motors 3 ist ein herkömmlicher Fühler 31
vorgesehen, welcher aus einer an der Kurbelwelle 33 des Motors
3 befestigten, mit Zähnen versehenen Scheibe 32 und
einer elektromagnetischen Abnahmespule 34 gebildet ist.
Wie in Fig. 3 dargestellt, sind vier Zähne 32 a bis 32 d am
Umfang der Scheibe 32 ausgebildet, und ein von der elektromagnetischen
Abnahmespule 34 erzeugtes Signal S₃ ändert
seinen Wert, wenn sich entsprechend der Drehzahl des Motors 3
diese Zähne der Spule 34 nähern und sich dann wieder von
ihr entfernen. Das heißt, das Signal S₃ ändert seine Frequenz
entsprechend der Motordrehzahl. Um den oberen Totpunkt-Zeitpunkt
des Motors mit Hilfe des Fühlers 31 festzustellen, ist
die mit Zähnen versehene Scheibe 32 an der Kurbelwelle 33 in
der Weise befestigt, daß einer der Zähne der Abnahmespule 34
jedesmal dann gegenüberliegt, wenn einer der Kolben des Motors
3 den oberen Totpunkt erreicht. Darüber hinaus weist die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 einen Kühlmittel-Temperaturfühler
30 auf, der digitale Daten D₁ erzeugt, welche die
Temperatur des Kühlmittels des Motors 3 anzeigen.
Die Einspritzdüse 5 ist mit einem Fühler 35 versehen, welcher
ein Zeitsteuersignal S₄ erzeugt, welches den Zeitpunkt des
Öffnens des Ventils der Einspritzdüse 5 anzeigt. Der Fühler
35 besteht aus einer Induktionsspule und einem Kern, welcher
bezüglich der Induktionsspule entsprechend der Versetzung
eines (nicht dargestellten) Nadelventils in der Einspritzdüse
5 versetzt ist. Da der Aufbau der Einspritzdüse mit einem
derartigen Fühler bekannt ist, braucht er hier im einzelnen
nicht mehr beschrieben zu werden. Das von dem Fühler 35 erzeugte
Zeitsteuersignal S₄ wird an die Steuereinheit 8 angelegt.
Die Steuereinheit 8 berechnet einen optimalen Wert einer Einspritzvoreilung
für den Betriebszustand des Motors für jeden
Augenblick auf der Basis der Daten D₁ und der Signale S₁, S₃
und S₄, und das Tastverhältnis des Ansteuerimpulses S₁ wird
in der Weise festgesetzt, daß die Kraftstoffeinspritzpumpe
2 aufgrund des berechneten Ergebnisses bei der Einspritzvoreilung
betätigt wird. Wenn daher das Zeitsteuer-Magnetventil
26 betätigt wird, um entsprechend dem Tastverhältnis
des Ansteuerimpulses S₂ zu öffnen/zu schließen, wird der
Druck in der Zylinderkammer 27 entsprechend eingestellt und
die Winkelstellung des Rollenhalters 12 wird entsprechend
gesteuert, um den geforderten Wert bei der Einspritzvoreilung
zu erhalten.
Wenn in dieser Ausführungsform das Tastverhältnis des impulsförmigen
Ansteuersignals S₂ auf einem konstanten Wert gehalten
wird, wird die Stellung des Zeitgeberkolbens 21 entsprechend
der Druckänderung in der Gehäusekammer 23 geändert.
In Fig. 2 ist das Ergebnis einer Messung dargestellt, um eine
Aufzeichnung zu erhalten, welche die Resonanzzone in der
N-f-Ebene zeigt, wobei der Wert der Drehzahl N der Kraftstoffeinspritzpumpe
auf der Abszisse und der Wert der Frequenz f
des impulsförmigen Ansteuersignals S₂ auf der Ordinate aufgetragen
ist. In Fig. 2 sind die gemessenen Punkte, an welchen
es zu der Resonanzerscheinung kommt, durch rautenförmige Markierungen
dargestellt, wobei jeweils die Breite der rautenförmigen
Markierung in der Ordinatenrichtung die Breite des
Pendelns um die Nenndrehzahl anzeigt.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen, kommt es zu der Resonanzerscheinung,
wenn die Drehzahl N und die Frequenz f in einer vorbestimmten
Beziehung zueinander stehen. Das heißt, es kommt zu der Resonanzerscheinung,
wenn die Beziehung zwischen der Drehzahl N
und der Frequenz f in den schraffierten Zonen in der N-f-Ebene
liegt.
Um die Frequenz f des impulsförmigen Ansteuersignals S₂ so
festzulegen, daß der Zeitgeber hinsichtlich der Drehzahl
nicht in den Resonanzbereich kommt, hat die Steuereinheit 8
auch die Funktion, die Frequenz f in der Weise zu ändern,
daß die Beziehung zwischen der Drehzahl N und der Frequenz f
nicht in der in Fig. 2 dargestellten Resonanzzone liegt.
In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der Steuereinheit 8 der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 dargestellt. Die Steuereinheit
8 weist eine Einspritzvoreil-Fühlschaltung 41, welche
tatsächliche Einspritzvoreildaten D₂ erzeugt, welche die
tatsächliche Einspritzvoreilung bei dem Kraftstoffeinspritzvorgang
anzeigen, und eine die optimale Einspritzvoreilung
berechnende Schaltung 42 auf, welche optimale Einspritzvoreildaten
D₃ erzeugt, um die optimale Einspritzvoreilung zu
jedem beliebigen Zeitpunkt auf der Basis der verschiedenen
Daten anzuzeigen, welche den Zustand des Motorbetriebs betreffen
und welche an die Schaltung 42 angelegt werden. Das
Signal S₃ von dem Fühler 31 wird an die Schaltung 41 als ein
Signal angelegt, das den Zeitpunkt des oberen Totpunkts des
Motors 3 anzeigt. Das Zeitsteuersignal S₄ von dem Fühler 35
wird ebenfalls angelegt. Das Zeitsteuersignal S₄ ist ein
Signal, das den Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffeinspritzung
anzeigt. In der Einspritzvoreil-Fühlschaltung 41 wird die
tatsächliche Einspritzvoreilung aufgrund des Unterschieds
zwischen dem Zeitpunkt T₁, welcher durch das Zeitsteuersignal
S₄ angezeigt ist, und den den oberen Totpunkt wiedergebenden
Zeitpunkt T₂ festgestellt, der durch das Signal S₃ angezeigt
ist, und die tatsächlichen Einspritzvoreildaten D₂
werden in digitaler Form erzeugt.
In Fig. 4 ist ein ins einzelne gehendes Blockdiagramm der
Einspritzvoreil-Fühlschaltung 41 dargestellt. Das Signal S₃
von dem Fühler 31 wird an eine Wellenform-Verarbeitungsschaltung
101 angelegt, um ein dem Signal S₃ entsprechendes Rechtecksignal
bzw. einen entsprechenden Rechteckimpuls zu erzeugen.
Die Impulsfolge RP von der Wellenform-Verarbeitungsschaltung
101 wird über eine Ausgangsleitung 102 an eine Frequenz-
Multiplizierschaltung 103 angelegt, welche eine phasenstarre
PLL-Schaltung ist. Die Frequenz des Signalausgangs von der
Wellenform-Verarbeitungsschaltung 101 wird dann multipliziert,
und das sich ergebende multiplizierte Signal wird dann von der
Frequenz-Multiplizierschaltung 103 erhalten. Der Signalausgang
der Multiplizierschaltung 103 wird an eine Impulsformerschaltung
104 angelegt, und die sich ergebenden, impulsförmigen Signale
CP von der Impulsformerschaltung 104 werden über eine Leitung 105
als Zählimpulse an einen Zähler 106 angelegt.
Um die Anzahl Zählimpulse zu zählen, die während des Abschnitts
von dem Zeitpunkt an, an welchem die Einspritzdüse
5 geöffnet wird, bis zu dem Zeitpunkt erzeugt werden,
an welchem die zugeordnete Kurbelwelle den oberen Totpunkt erreicht,
ist ein R-S-Flip-Flop 107 vorgesehen, das Zählsteuerimpulse
GP an seinem Ausgangsanschluß Q erzeugt, um den Zählvorgang
des Zählers 106 auf der Basis eines Zeitsteuersignals S₄′,
das durch Formen des Signal S₄ in einer Wellenformerschaltung
113 erzeugt worden ist, und auf der Basis von Bezugszeitimpulsen
RP zu steuern, die von der Wellenform-Verarbeitungsschaltung
101 erzeugt worden sind. Da, wie oben beschrieben, die
jeweilige Lagebeziehung zwischen der Scheibe 32 und der Spule
34 so ist, daß einer der Zähne an der Scheibe 32 der Spule 34
jedesmal dann gegenüberliegt, wenn sich die zugeordnete Kurbel
im oberen Totpunkt befindet, erzeugt die Spule 34 ein Signal,
welches den Zeitpunkt anzeigt, an welchem der
obere Totpunkt erreicht wird; dies Signal wird an die Wellenformer-
Verarbeitungsschaltung 101 angelegt, um die Bezugszeitsteuerimpulse
zu erzeugen, welche den oberen Totpunkt-Zeitpunkt anzeigen.
Wenn das Zeitsteuersignal S₄′ an den Setzanschluß
S des R-S-Flip-Flops 107 angelegt wird und die Bezugszeitsteuerimpulse
von der Wellenform-Verarbeitungsschaltung 101
an den Rücksetzanschluß R des R-S-Flip-Flops 107 angelegt
werden, wie in Fig. 5A bis 5C dargestellt ist, nimmt der Q-
Ausgang des R-S-Flip-Flops 107, welcher als ein Zählsteuerimpuls
GP verwendet wird, einen hohen Pegel für die Dauer von
dem Zeitpunkt an, an welchem das Zeitsteuersignal S₄′ zu der
Zeit t₁ (Zeitpunkt T₁) erzeugt wird, bis zu dem Zeitpunkt,
wenn der Bezugszeitsteuerimpuls RP zur Zeit t₂ (Zeitpunkt T₂)
erzeugt wird. Der Zähler 106 ist so ausgelegt, daß er nur
wirksam ist, solange der Zustand des Zeitsteuerimpulses GP
einen hohen Pegel aufweist, so daß die Anzahl Impulse, die
an den Zähler für die Dauer von dem Zeitpunkt t₁ bis t₂ angelegt
worden sind, gezählt werden können.
Der Zählstand, der mittels des Zählers 106 registriert worden
ist, wird in Form von Zähldaten CD₁ abgegeben, und die
Zähldaten CD₁ werden an eine Halteschaltung 108 angelegt,
welche auch Halteimpulse P₁ erhält, welche in einem Halteimpulsgenerator
109 auf der Basis der Zählsteuerimpulse
erzeugt werden, die von dem RS-Flip-Flop 107 über eine Leitung
110 abgeleitet worden sind (wie in Fig. 5E dargestellt
ist). Da der Zeitpunkt, an welchem der Halteimpuls P₁ erzeugt
wird, genau (festgelegt) ist, nachdem der Zählvorgang
des Zählers 106 durch den Zählsteuerimpuls GP gesperrt
wird, werden die sich ergebenden Zähldaten CD₁, welche
durch das Zählen der Impulse erhalten werden, die über eine
Zeit erzeugt worden sind, die durch jeden Zählsteuerimpuls
festgelegt ist, in der Halteschaltung 108 durch das Anlegen
des Halteimpuls gespeichert, und dann werden die gehaltenen
Daten CD₂ an einen Datenumsetzer 111 angelegt, während die
nächsten Daten von dem Zähler 106 bereits in der Halteschaltung
108 gehalten werden. Die gehaltenen Daten CD₂ werden in
dem Datenumsetzer 111 in Winkeldaten umgesetzt, welche die
Einspritzvoreilung zu diesem Zeitpunkt anzeigen. Die sich ergebenden
Daten, welche die Einspritzvoreilung als einen Winkel
anzeigen, werden als die tatsächlichen Einspritzvoreildaten
D₂ abgeleitet.
Die Halteimpulse von dem Impulsgenerator 109 werden über eine
Verzögerungsschaltung 112 als Rücksetzimpulse auch an den
Zähler 106 angelegt. Folglich wird der Zähler 106 durch die
Rücksetzimpulse nach jedem Halten der Daten CD₁ in der Halteschaltung
108 rückgesetzt, so daß der Zähler 106 bereit ist,
den nächsten Zählvorgang durchzuführen.
In Fig. 3 wird das Signal S₃ an eine Wellenformerschaltung
43 angelegt, die einen Rechteckimpuls PS₁ erzeugt; der Rechteckimpuls
PS₁ wird dann an eine Drehzahl berechnende Schaltung
44 angelegt, in welcher die Motordrehzahl N jeden Augenblick
auf der Basis des Rechteckimpulses PS₁ berechnet wird. Daten
D₄, welche die Motordrehzahl D anzeigen, werden von der Drehzahl
berechnenden Schaltung 44 erzeugt und an die die optimale
Einspritzvoreilung berechnende Schaltung 42 angelegt.
Das Signal S₁ wird mit Hilfe eines A/D-Umsetzers 45 in entsprechende
Digitaldaten D₅ umgesetzt, welche auch an die
Schaltung 42 angelegt werden, welche optimale Einspritzvoreildaten
D₃ digitaler Form unter Zugrundelegung dieser Eingangsdaten
D₁, D₄ und D₅ berechnet und erzeugt.
Die die optimale Einspritzvoreilung berechnende Schaltung
42 weist einen Speicher zum Speichern der Daten auf, welche
die Beziehung zwischen den eingegebenen Daten D₁, D₄ und
D₅ und die optimalen Einspritzvoreildaten D₃ betreffen.
Bekanntlich hängt die optimale Einspritzvoreilung von den
Verhältnissen des Motorbetriebs zu jedem Zeitpunkt ab, und
die Beziehung zwischen der optimalen Einspritzvoreilung und
den Betriebsverhältnissen des Motors, wie der Motordrehzahl,
der Kühlmitteltemperatur u. ä., kann gewöhnlich experimentell
festgelegt werden. In dieser Ausführungsform werden die Daten
D₁, D₄ und D₅ an die Rechenschaltung 42 in Form von Digitaldaten
angelegt, und die optimale Einspritzvoreilung zu diesem
Zeitpunkt wird in der Rechenschaltung 42 auf der Basis dieser
eingegebenen Daten berechnet. Die Rechenschaltung 42 weist
einen Speicher auf, in welchem die Daten, welche die vorstehende
Beziehung betreffen, die auf die oben angegebene Weise
erhalten worden ist, gespeichert werden, und die optimale
Einspritzvoreilung kann entsprechend der oben angegebenen
Gruppe von eingegebenen digitalen Daten ausgewählt werden.
Es ist eine elektronische Schaltung bekannt, welche einen
Speicher aufweist, um die sich ergebenden Daten zu speichern,
die im voraus durch die eingegebenen Daten festgelegt sind,
und welcher die gespeicherten Daten, die den eingegebenen Daten
entsprechen, von dem Speicher aus abgeben kann, wenn die
eingegebenen Daten an der elektronischen Schaltung als
Adressendaten angelegt werden. Es ist eine der herkömmlichen
Methoden, die sich ergebenden Daten im voraus an der Adresse
des Speichers zu speichern, welche durch die eingegebenen Daten
bestimmt worden ist, die den sich ergebenden Daten entsprechen,
und die sich ergebenden Daten zu erhalten, indem
die eingegebenen Daten an dem Speicher als Adressendaten
angelegt werden. Dann
werden optimale Einspritzvoreildaten D₃, welche das in der
Schaltung 42 berechnete Ergebnis anzeigen, in digitaler Form
abgegeben.
Die Daten D₃ werden in einen Addierer 46 eingegeben, in welchem
die Daten D₃ mit den tatsächlichen Einspritzvoreildaten
D₂ mit den in Fig. 3 dargestellten Polaritäten addiert werden.
Dadurch werden Fehlerdaten D₆, welche den Unterschied zwischen
der tatsächlichen Einspritzvoreilung und der berechneten
optimalen Einspritzvoreilung anzeigen, erzeugt. Die Fehlerdaten
D₆ werden an eine Schaltungsanordnung
47 angelegt, welche ein Impulssignal S₅ erzeugt. Das Impulssignal
S₅, dessen Tastverhältnis sich entsprechend den Daten
D₆ ändert, wird an das Zeitsteuerventil 26 als Ansteuerimpuls
S₂ angelegt, nachdem es durch einen Verstärker 48 verstärkt
ist. Die Änderung der tatsächlichen Einspritzvoreilung, die
durch den Zeitgeber 20 hervorgerufen worden ist, wird als Änderung
in den tatsächlichen Einspritzvoreildaten D₂ an den
Addierer 46 rückgekoppelt, und der Zeitgeber 20 wird dann in
der Weise gesteuert, daß die tatsächliche Einspritzvoreilung
mit der optimalen Einspritzvoreilung übereinstimmt.
Um die Frequenz f des impulsförmigen Signals S₅, das von der
Schaltungsanordnung 47 erzeugt worden ist, entsprechend der Drehzahl
N der Kraftstoffeinspritzpumpe jeden Augenblick zu ändern,
um die Resonanzerscheinung an dem Zeitgeber in dem
praktischen Drehzahlbereich der Kraftstoffeinspritzpumpe zu
vermeiden, ist die Schaltungsanordnung 47 mit einer Frequenzberechnungsschaltung
49 versehen. Die Daten D₄, welche die Drehzahl
N anzeigen, werden an die Frequenzberechnungsschaltung
49 angelegt, welche eine Frequenz des impulsförmigen Ansteuersignals
berechnet, durch welches der Zeitgeber betätigt
werden kann, ohne daß aufgrund der Daten D₄ die Resonanzerscheinung
auftritt. Die Frequenzberechnungsschaltung 49
erzeugt dann Steuerdaten D₇, durch welche ein Triggerimpulsgenerator
51 gesteuert wird, der ein Triggerimpulssignal
TP erzeugt, welches eine Frequenz hat, die in der Frequenzberechnungsschaltung
49 berechnet worden ist.
Die Schaltungsanordnung 47 hat auch eine programmierbare monostabile
Schaltung (PSS) 52, welche durch das Triggerimpulssignal
TP getriggert wird, und die PSS-Schaltung
52 wird jedesmal dann getriggert, wenn einer der Impulse
des Triggerimpulssignals TP angelegt wird, und erzeugt
einen Impuls mit einer durch die Daten D₆ festgelegten Impulsbreite.
Ein gemeinsames Taktimpulssignal CL von einem
Taktimpulsgenerator 50 wird an die Frequenzberechnungsschaltung
49, den Triggerimpulsgenerator 51 und PSS-Schaltung
52 angelegt. Die Schaltungsanordnung 47 erzeugt dann ein
impulsförmiges Signal S₅, dessen Frequenz von der Frequenzberechnungsschaltung
49 berechnet worden ist und das ein
Tastverhältnis hat, das erforderlich ist, damit die tatsächliche
oder Isteinspritzvoreilung mit der Solleinspritzvoreilung
übereinstimmt.
Die PSS-Schaltung 52 kann auch einen anderen Trigger-Zeitgeber
verwenden, und der Triggerimpulsgenerator 51 kann
einen frei schwingenden Zeitgeber verwenden.
Die Rechenoperation der Frequenzberechnungsschaltungen 49
wird nunmehr anhand von Fig. 2 beschrieben. Wie vorstehend
bereits ausgeführt, kommt es bei dem Zeitgeber zu der Resonanzerscheinung
bei einer ganz bestimmten Beziehung zwischen
der Drehzahl N der Kraftstoffeinspritzpumpe und der
Frequenz f des impulsförmigen Ansteuersignals S₂, und die
Bereiche, in welchen der Zeitgeber in dem Resonanzzustand
arbeitet, sind durch schraffierte Streifen in der
N-f-Ebene gekennzeichnet. Folglich wird in der Frequenzberechnungsschaltung
49 der Wert der Frequenz f für die
Drehzahl N jeden Augenblick in der Weise berechnet, daß
die Verknüpfung der Drehzahl N und der Frequenz f während
des geforderten Drehzahlbereichs der Kraftstoffeinspritzpumpe
nicht in einem der Resonanzbereiche vorkommt.
In dieser Ausführungsform sind drei charakteristische Kurven
oder Kennlinien (X), (Y) und (Z) vorgesehen, bei welchen
sich die Beziehung zwischen N und f gewöhnlich durch
die folgende Gleichung ausdrücken läßt:
f = k₁N + k₂ (1)
wobei k₁ und k₂ Konstante sind. Diese drei charakteristischen
Kurven oder Kennlinien befinden sich in dem resonanzfreien
Bereich in der N-f-Ebene, und eine der Kurven (X),
(Y) und (Z) wird im Hinblick auf die Ansprechcharakteristik
des Zeitsteuerventils 26 verwendet. In dieser Ausführungsform
ist der praktische Drehzahlbereich der Kraftstoffeinspritzpumpe
in eine Zone I niedriger Drehzahl, eine
Zone II mittlerer Drehzahl und eine Zone III hoher Drehzahl
aufgeteilt, und die Kennlinie (X) ist für Drehzahlen in der
Zone I, die Kennlinie (Y) für Drehzahlen in der Zone II und
die Kennlinie (Z) für Drehzahlen in der Zone III ausgewählt.
Um einen sicheren Betrieb des Zeitgebers während der
Änderung der Frequenz f zu gewährleisten, werden die Hysteresecharakteristiken
verwendet, so daß die Umschaltgeschwindigkeit,
wenn eine Kennlinie in eine andere Kennlinie geändert
wird, davon abhängt, ob die Drehzahl N zunimmt oder abnimmt.
Künstliche Kennlinien zwischen der Drehzahl N und
der Frequenz f sind in Fig. 2 durch dicke Linien dargestellt.
Zum Steuern der Frequenz des impulsförmigen Ansteuersignals
S₂ muß der Resonanzbereich des Zeitgebers in der N-f-Ebene
durch Versuche vorher erhalten werden, und die drei Wertegruppen
von k₁ und k₂ müssen in der Weise festgelegt werden,
daß die Gl. (1) in einem resonanzfreien Bereich in
der N-f-Ebene festgesetzt werden kann. Die Frequenz des
impulsförmigen Ansteuersignals kann dann dadurch berechnet
werden, daß eine Gruppe konstanter Werte k₁ und k₂ in
der Frequenzberechnungsschaltung 49 entsprechend der Größe
der Drehzahl N ausgewählt wird. In diesem Fall ist zur Realisierung
der Hysteresekennlinien die Übergangsgeschwindigkeit
zum Wechseln von einer Gruppe konstanter Werte k₁
und k₂ auf eine andere nicht konstant; sie wird jedoch unter
Berücksichtigung der Anstiegs-/Abnahmetendenz der Drehzahl
N zu diesem Zeitpunkt entschieden. Eine solche Berechnung
kann ohne weiteres mit Hilfe eines Mikroprozessors
durchgeführt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird entsprechend
dem Wert der Drehzahl N eine der Kennlinien (X), (Y)
und (Z) ausgewählt. Es kann jedoch auch nur eine Kennlinie,
beispielsweise die Kennlinie (Z) für den gewünschten Drehzahlbereich
der Kraftstoffeinspritzpumpe verwendet werden.
Obwohl die Kennlinie (X) oder (Y) in diesem Fall natürlich
auch verwendet werden kann, da der Wert der Frequenz f für
den Bereich III hoher Drehzahl beachtlich angestiegen ist,
kann es erforderlich sein, daß ein Magnetventil mit besonders
guten Ansprechcharakteristiken verwendet wird.
Bei Verwenden einer Schaltungsanordnung, in welcher die N-
f-Kennlinie nicht geändert wird, kann statt der Frequenzberechnungsschaltung
49 ein D/A-Umsetzer zum Erzeugen einer
Gleichspannung verwendet werden, deren Pegel den Daten D₄
entspricht, und statt des Triggerimpulsgenerators 51 kann
ein spannungsgesteuerter Oszillator verwendet werden, dessen
Schwingfrequenz von der Ausgangsspannung des D/A-Umsetzers
abhängt. Hierdurch kann dann der Schaltungsaufbau
vereinfacht werden.
Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der
Schaltungsanordnung gemäß der vorerwähnten Anordnung.
Ein Ansteuerimpuls-Signalgenerator 60 weist einen D/A-Umsetzer
61 zum Umsetzen der Drehzahldaten D₄ in ein entsprechendes,
analoges Spannungssignal V s und einen spannungsgesteuerten
Oszillator 62 auf, dessen Ausgangsfrequenz
sich entsprechend dem Pegel des analogen Spannungssignals
V s ändert. Die Kenndaten des D/A-Umsetzers 61 und
des spannungsgesteuerten Oszillators 62 sind so eingestellt,
daß die Beziehung zwischen der durch die Daten D₄ dargestellten
Drehzahl N und der Frequenz des Ausgangssignals
des spannungsgesteuerten Oszillators 62 der Kennlinie (Z)
in Fig. 2 entspricht. Folglich kann der Signalgenerator 60
ein Triggerimpulssignal TRS erzeugen, dessen Frequenz
durch die Kennlinie (Z) in Fig. 2 entsprechend der Drehzahl
N festgesetzt wird. Das Triggerimpulssignal TRS wird an
eine programmierbare, monostabile Schaltung 63 angelegt,
welche derselbe Schaltungstyp wie die PSS-Schaltung 52 in
Fig. 3 ist und welche ein impulsförmiges Signal S₅ erzeugt,
dessen Frequenz durch das Triggerimpulssignal TRS und dessen
Tastverhältnis entsprechend den Daten D₄ gesteuert wird.
Da mit dieser Anordnung die Frequenz des impulsförmigen Ansteuersignals
zum Öffnen/Schließen des Zeitsteuerventils 26
kontinuierlich entsprechend der
Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe geändert werden kann,
um zu verhindern, daß der Zeitgeber in Resonanz kommt, kann
das Zeitsteuerventil 26 ohne eine Frequenzunstetigkeit des
impulsförmigen Ansteuersignals betrieben werden. Selbst wenn
die Schaltung so ausgelegt ist, daß sich die Frequenz des
Ansteuersignals entsprechend der Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe
ändert, ist die Häufigkeit des Umschaltens bei
der Frequenz des Ansteuersignals äußerst gering, und eine
ausreichende Hysteresebreite beim Umschalten der Kennlinien
kann erhalten werden. Somit kann der Steuervorgang des Zeit-
oder Taktgebers in sicherer Form durchgeführt werden, ohne
daß es zu der Resonanzerscheinung kommt.
Claims (5)
1. Zeitsteuereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine,
welche einen hydraulischen Zeitgeber zum Betätigen eines Teils der Pumpe
aufweist, um die Einspritzvoreilung der Kraftstoffeinspritzpumpe
einzustellen, wobei die Einspritzvoreilung
entsprechend dem Tastverhältnis eines impulsförmigen
Ansteuersignals eingestellt wird, das an ein Zeitsteuerventil
des hydraulischen Zeitgebers angelegt wird, mit einer ersten Einrichtung
zum Erzeugen eines die Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe
anzeigenden ersten Signals, mit einer zweiten Einrichtung
zum Erzeugen eines das Tastverhältnis des impulsförmigen Ansteuersignals
anzeigenden zweiten Signals, und mit einem Impulsgenerator
zum Erzeugen des impulsförmigen Ansteuersignals, dessen
Tastverhältnis entsprechend dem zweiten Signal gesteuert wird,
gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (47),
die die Frequenz des impulsförmigen Ansteuersignals
(S₂) abhängig von der Drehzahl (N) der Kraftstoffeinspritzpumpe
(1) so verändert, daß sie immer außerhalb der Resonanzbereiche
des hydraulischen Zeitgebers (20) gehalten wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltungsanordnung (47) eine Frequenzberechnungsschaltung
(49) aufweist, die auf das erste
Signal anspricht, um eine Frequenz des impulsförmigen
Ansteuersignals (S₂), bei welcher es zu keiner Resonanzbildung
des Zeitgebers kommt, für die Drehzahl (N) der
Einspritzpumpe (2) zu jedem Zeitpunkt zu berechnen,
einen Triggerimpulsgenerator (51) zum Erzeugen eines
Triggerimpulssignals, dessen Frequenz entsprechend
den ermittelten Daten der Frequenzberechnungsschaltung
(49) festgelegt ist, und eine programmierbare
monostabile Schaltung (52) aufweist, um ein impulsförmiges
Signal zu erzeugen, dessen Frequenz entsprechend
dem Triggerimpulssignal bestimmt wird und dessen
Tastverhältnis entsprechend dem zweiten Signal
festgesetzt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenzberechnungsschaltung (49) zur
Berechnung der Frequenz zu jedem Zeitpunkt auf der
Basis einer Formel ausgebildet ist, welche eine Beziehung
zwischen der Drehzahl (N) der Kraftstoffeinspritzpumpe
(2) und der Frequenz (f) des impulsförmigen Ansteuersignals
(S₂) ausdrückt, bei welcher es zu keiner
Resonanzbildung des Zeitgebers kommt, wobei die Formel
folgendermaßen lautet:
f = k₁N + k₂wobei N die Drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe,
f die Frequenz des impulsförmigen Ansteuersignals ist,
und k₁ und k₂ Konstante sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenzberechnungsschaltung (49) zum
Berechnen der Frequenz (f) des impulsförmigen Ansteuersignals
entsprechend einer Formel aus einer Anzahl
vorbestimmter Formeln ausgebildet ist, die jeweils
eine Beziehung zwischen der Drehzahl (N) der
Kraftstoffeinspritzpumpe und der Frequenz (f) des Ansteuersignals
(S₂) ausdrücken, für welches der Zeitgeber
nicht in Resonanz kommt, und eine Einrichtung
aufweist, welche auf das erste Signal anspricht, um
eine bestimmte Formel entsprechend der Drehzahl (N)
der Kraftstoffeinspritzpumpe (2) auszuwählen, wobei
das Ergebnis der Berechnung aufgrund der ausgewählten
Formel durch das zweite Signal wiedergegeben wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Signal als ein Spannungssignal abgegeben
wird, dessen Pegel sich mit der Änderung der
Drehzahl (N) der Kraftstoffeinspritzpumpe ändert, und
daß der Triggerimpulsgenerator ein spannungsgesteuerter
Oszillator (62) ist, dessen Schwingfrequenz entsprechend
dem ersten Signal (S₁) gesteuert wird.
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