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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches System zur
Berechnung der Kraftstoff-Einspritzdauer eines Verbrennungsmotors.
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Elektronische Systeme zur Berechnung der Einspritzdauer sind bekannt, bei
denen ein elektronisches Mikroprozessor-System mit einer Anzahl von
Signalen versorgt wird, die sich auf Parameter beziehen, die typisch für einen
Verbrennungsmotor sind (z. B. das Luftansaugvolumen und/oder -druck,
die Position des Drosselventils im Luftansaugkrümmer, die
Luftansaugtemperatur, die Kühlwassertemperatur des Motors, die Batteriespannung etc.),
und verarbeitet diese Signale, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das das
Kraftstoff-Einspritzsystem steuert.
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Bekannte Berechnungssyteme benötigen einige Zeit (normalerweise in der
Größenordnung einiger zig Millisekunden), um alle ankommenden
Informationssignale zu verarbeiten, so daß während stoßartiger Betriebszustände
des Motors (z.B. einer scharfen Beschleunigung) es ihnen nicht gelingt,
verzögerungsftei auf die schnellen Änderungen in den Eingangssignalen
anzusprechen, was zu einem unzulänglichen Ausgangssteuersignal führt.
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Das Verarbeiten von Informationssignalen kann durch Verwendung
schnellerer Mikroprozessoren beschleunigt werden, jedoch nur mit dem
Aufwand einer Erhöhung der Gesamtkosten für das Berechnungssystem.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengunstiges
elektronisches Berechnungssystem zu schaffen, das so konstruiert ist, daß es
eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung ermöglicht.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches System
vorgesehen, das die Kraftstoff-Einspritzdauer eines Verbrennungsmotors
berechnet und bei der Anwendung die berechnete, einem Ausgang des
elektronischen Systems zugeführte Kraftstoff-Einspritzdauer an eine
Kraftstoff-Einspritzsteuervorrichtung weitergibt, welches System eine erste
Berechnungseinrichtung aufweist, die mit einer Anzahl von
Informationssignalen (X1, ...XN, Qt) versorgt wird, die in dem Motor gemessen
werden; wobei die erste Berechnungseinrichtung an dem Ausgang eine
Kraftstoff-Einpritzdauer T erzeugt, die auf der Basis einer Kernfunktion (T=F
(X1, ...XN, Qt)) in Abhängigkeit von den Informationssignalen mit einer
ersten Rate berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß es auch umfaßt:
eine Einrichtung zur Verarbeitung einer Erweiterung der Kernfunktion
(T=F (X1, ...XN, Qt)), welche Erweiterung als Funktion einer früher
berechneten Einspritzdauer (T) und eines ersten Wertes (Qt) von zumindest
einem signifikanten, für die Berechnung der Einspritzdauer verwendeten
Informationssignal über den ersten Wert (Qt) des signifikanten Signals
berechnet wird; eine zweite Berechnungseinrichtung, der die Erweiterung der
Kennfunktion (T=F (X1, ...XN, Qt)) und ein zweiter Wert (Qt+1) des
signifikanten Signals zugeführt werden; wobei die zweite
Berechnungseinrichtung an dem Ausgang eine angenäherte Einspritzdauer (Tn) erzeugt, die als
Funktion der Erweiterung der Kennfunktion (T=F (X1, ...XN, Qt)) und des
zweiten Wertes (Qt+1) des signifikanten Signals mit einer zweiten Rate
berechnet wird, die höher als die erste Rate ist.
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Eine bevorzugte, nicht beschränkende Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird im Wege eines Beispiels unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:
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Fig. 1 ein Schaltkreis-Blockdiagramm eines elektronischen
Einspritzsysterns entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ein logisches Blockdiagramm der Operationen zeigt, die von dem
System gemäß Fig. 1 durchgeführt werden.
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Die Zahl 1 in Fig. 1 bezeichnet ein elektronisches Einspritzdauer-
Berechnungssystem, bei dem ein elektronisches Steuersystem 3 mit der
Einspritzsteuervorrichtung 5 eines Kraftstoff-Einspritzsystems 7
(schematisch gezeigt) eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines
Kraftfahrzeug-Benzinmotors (nicht gezeigt) verbunden ist. Das elektronische
Steuersystem 3 umfaßt eine Analog-Digital-Schnittstelle 13;eine zentrale
Mikroprozessor-Einheit 15; und eine Betätigungs-Schnittstelle 17, die
ausgangsseitig durch eine Anzahl von Steuerleitungen mit der Einspritz-
Steuereinrichtung 5 verbunden ist. Die Analog-Digital-Schnittstelle 13
weist eine Anzahl von Eingängen 22a - 22n auf, die durch jeweilige
Leitungen 24a - 24n mit Sensoren 26a - 26n im Motor verbunden sind.
Insbesondere umfassen die Sensoren 26a - 26n z.B. einen Sensor zur Erfassung
der Luftansaug-Temperatur; einen Sensor zur Erfassung der
Wassertemperatur des Motor-Kühlsystems (nicht gezeigt); einen Sensor zur Erfassung
der stöchiornetrischen Zusammensetzung des Abgases; zwei Sensoren zur
Erfassung der Position der mechanischen Teile (nicht gezeigt) an dem
Motor (Motordrehzahl und -takt); einen Sensor zur Erfassung der Spannung
der Kraftfahrzeugbatterie (nicht gezeigt); einen Sensor zur Erfassung der
Position des Drosselventils (nicht gezeigt) im Ansaugkrümtner; einen
Ansaugluft-Zuführsensor; einen Sensor zur Erfassung des absoluten Drucks
im Ansaugkrümmer; und einen Sensor zur Erfassung des Drucks innerhalb
des Verbrennungsraumes.
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Die Analog-Digital-Schnittstelle 13 weist einen Eingang 28 auf, der durch
eine entsprechende Leitung 29 mit einern Sensor 30 zur Erzeugung eines
Ausgangssignals verbunden ist, das mit einem Motorparameter korreliert
ist, der, was später erläutert wird, sozusagen hoch-signifikant und in der
Tat der signifikanteste der von den Sensoren 26a - 26n erfaßten Parameter
zu Zwecken der Berechnung der Einspritzdauer ist. Der Sensor 30 kann in
geeigneter Weise durch den Sensor zur Erfassung der Luftzufuhr zurn
Motor, der Position des Drosselventils im Ansaugkrümmer, des
Ansaugluftdrucks, des Drucks innerhalb des Verbrennungsraumes oder jedes anderen
P&ameters von potentiellern Interesse sein. Die Schnittstelle 13 weist
ferner erne Anzahl von Ausgängen 32a - 32n, an denen die jeweiligen
digitalen Werte X1, ...XN der von den Sensoren 26a - 26n produzierten Signale
anstehen; sowie einen Ausgang 36 auf, an dem der digitale Wert Qt des
vorn Sensor 30 produzierten Signals ansteht. Die Ausgänge 32a - 32n sind
rnit der Verarbeitungseinheit 15 durch jeweilige Leitungen 34a - 34n und
der Ausgang 36 durch eine Leitung 37 mit dem Eingang 40e einer
Selektionsvorrichtung 40 verbunden.
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Die Verarbeitungeinheit 15 umfaßt einen ersten Berechnungsschaltkreis 42
rnit einem ersten Eingang 43, der durch eine Leitung 45 mit einem ersten
Ausgang 40a der Selektionsvorrichtung 40 verbunden ist, und mit weiteren
Eingängen 42a - 42n, die jeweils mit den Leitungen 34a - 34n verbunden
sind. Der Schaltkreis 42 weist ferner einen Ausgang 47 auf, der durch eine
Leitung 48 mit einem ersten Eingang der Betätigungsschnittstelle 17
verbunden ist, und umfaßt eine Anzahl von algebraischen
Berechnungsschaltkreisen
(nicht gezeigt) zur Erzeugung einer Kernfunktion T=F (X1, ...XN,
Qt), die für den Satz von Werten (X1, ...XN, Qt) der dem Eingang des
Schaltkreises 42 zugeführten Signale eine Ausgangsvariable T ergibt, die
eine Einspritzdauer repräsentiert. Die Einheit 15 umfaßt auch einen
Berechnungsschaltkreis 50 mit zwei Eingängen 51, 52, die mit Leitungen 45,
48 verbunden sind, und mit einem Ausgang 54, der mit einem zweiten
Berechnungsschaltkreis 56 verbunden ist.
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Am Ausgang 54 erzeugt der Berechnungsschaltkreis 50 ein Signal, das der
Quotient aus den Signalen an den Eingängen 52 und 51 ist. Der zweite
Berechnungsschaltkreis 56 weist einen Eingang 58, der mit einem zweiten
Ausgang 40b der Vorrichtung 40 verbunden ist, und einen Ausgang 60 auf,
der durch eine Leitung 62 mit einem zweiten Eingang der Schnittstelle 17
verbunden ist, und erzeugt ein Ausgangssignal, das das Produkt des Signals
am Eingang 58 und des Signals an der Leitung 54 ist.
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Der Betrieb des Systems 1 wird nun unter Bezugnalune auf das
Blockdiagramm gemäß Fig. 2 beschrieben, das die Sequenz von Operationen zeigt,
die vom elektronischen Steuersystem 3 ausgefwirt werden.
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Am Anfang wird im Block 90 der Inhalt J eines Zählers (nicht gezeigt) auf
einen Wert M (wobei M eine ganze Zahl ist) entsprechend der folgenden
logischen Operation gesetzt:
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J = M
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Von Block 90 wird dann zum Block 110 weitergegangen, der die
Selektionsvorrichtung 40 steuert. Insbesondere wird im Falle, daß der Inhalt des
Zählers J gleich M ist, der Eingang 40e der Vorrichtung 40 mit dem
Ausgang 40a verbunden und es geht weiter von Block 110 zu Block 101.
Umgekehrt wird der Eingang 40e der Vorrichtung 40 mit dem Ausgang 40b
verbunden, und es geht weiter von Block 110 zu Block 130. Block 101
sorgt mittels der Schnittstelle 13 für eine Analog-Digital-Wandlung der von
den Sensoren 26a - 26n und Sensor 30 erzeugten Signale und für das
Speichern der Werte X1, ...XN und Qt der Signale im Speicher 13a (Fig. 1).
Von Block 101 wird dann zu Block 120 weitergegangen, der für ein
Auslesen des Wertes Qt des von Sensor 30 erzeugten Signals aus dem Speicher
13a sorgt. Block 120 wird von Block 140 gefolgt, der für die Berechnung
einer Einspritzdauer T auf der Basis der Werte X1,...XN und Qt von allen
Signalen sorgt, die dem Schaltkreis 42 zugefwirt werden. Insbesondere
wird die Zeit T (in bekannter Weise) mittels der Kennfunktion T=F
(X1,...XN, Qt) des Schaltkreises 42 berechnet.
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Block 140 wird von Block 150 gefolgt, der für die Erzeugung eines
Koeffizienten K sorgt, welcher Koeffizient K vom Schaltkreis 50 auf der Basis
der den Eingängen 43 und 52 zugefwirten Signale und als das Verhältnis
zwischen der vom Schaltkreis 42 berechneten Einspritzdauer T und dem
vom Block 120 eingelesenen Wert Qt entsprechend der folgenden
Gleichung erzeugt wird:
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K = T/Qt
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Block 150 wird von Block 155 gefolgt, der den Inhalt des Zählers J
zurücksetzt, wonach zum Block 160 weitergegangen wird, wo die im Block 140
berechnete Einspritzdauer T an die Betätigungsschnittstelle 17 übertragen
wird, die für eine Öffnung der Einspritzung (nicht gezeigt) entsprechend
dem berechneten Wert T sorgt. An diesem Punkt wird vom Block 160
zurückgegangen zum Block 110. Block 130 erhöht den Inhalt des Zählers um
eine Einheit entsprechend der Operation J=J+1, wonach Block 170 folgt, in
dem ein nachfolgender Signalwert Qt+1 des Sensors 30 auf den Wert Qt
detektiert wird, der vorher für die Berechnung der Einspritzdauer T benutzt
wurde. Block 170 sorgt mit Hilfe der Schnittstelle 13 für eine Analog-
Digital-Wandlung des vom Sensors 30 erzeugten Signals und für ein
Speichern des Wertes Qt+1 des Signals im Speicher 13a.
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Block 170 wird von Block 180 gefolgt, wo der im Block 170 detektierte
Wert Qt+1 mit Hilfe der Vorrichtung 40 dem Schaltkreis 56 zugeführt
wird, der eine näherungsweise Einspritzdauer Tn durch Multiplikation des
Wertes Qt+1 mit dem in Block 150 berechneten Koeffizienten K
entsprechend der folgenden Gleichung berechnet:
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Tn = K* Qt + 1
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Die näherungsweise Einspritzdauer, die vom Schaltkreis 56 zugeführt wird,
ist eine Linearisierung der Kemifünktion T=F (X1, ...XN, Qt) über den
Wert Qt, wie er von der Variablen bei der letzten kompletten
Neuberechnung durch Block 140 angenommen wird, wobei als eine Konstante der
Beitrag zu der Variation genommen wird, die von den anderen Variablen
X1,...XN erzeugt wird. Dies wird mittels einer Expansion (bis zum ersten
Terrn) der Kennfunktion T=F (X1,...XN, Qt) entsprechend dem folgenden
Typ der Gleichung bewirkt:
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Tn = T&sup0; + d (T)/d (Qt)* (Qt+1 - Qt)
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Falls der Sensor 30 die Menge an Luft im Ansaugkrümmer erfaßt, wird die
Ableitung mit dem inkrementalen Verhältnis angenähert, so daß unter der
Annahme von T&sup0;=0 gilt:
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Tn = T/Qt* Qt+1
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das heißt Tn = K* Qt+1, was exakt der Ausdruck ist, der durch die
Schaltkreise 50 und 56 zur Annäherung der Kennfunktion implementiert wird.
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Von Block 180 wird dann zu Block 160 weitergegangen, wo über die
Leitung 62 der in Block 180 berechnete Wert Tn zur Betätigungsschnittstelle
17 übertragen wird, die für die Offnung der Einspritzung (nicht gezeigt)
entsprechend dem berechneten Wert Tn sorgt.
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Die Berechnung im Block 140 wird daher relativ langsam mittels der
Kennfunktion T=F (X1,...XN, Qt) bewirkt, wogegen die des Schaltkreises 56
extrem schnell ist, da sie auf eine einzige algebraische Multiplikation des
Koeffizienten K und des Wertes Qt+1 des vom Sensors 30 erzeugten
Signals reduziert ist.
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Ms solche wird die Einspritzdauer antänglich exakt (und ziemlich langsam)
im Block 140 mittels des Schaltkreises 42 berechnet und anschließend (mit
einer schnelleren Rate) M nachfolgende Male durch den Schaltkreis 56
angenähert.
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Für einen gegebenen Mikroprozessor ist daher die Gesamtgeschwindigkeit
des Systems 1 größer als die eines bekannten Systems.
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Das System 1 ist daher auch in der Lage, sogar schnellen stoßweisen
Betriebszuständen des Motors zu "folgen"; alle diese Vorteile werden ohne
Notwendigkeit komplexerer Mikroprozessoren oder einer Erhöhung der
Kapazität der Speicher erreicht, die mit dem Mikroprozessor
zusammenwirken.
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Das System 1 ist auch auf einfache Weise sogar ohne besonders
hochleistungsfahige Mikroprozessoren aufgrund der Anwendung einfacher
algebraischer Operationen (Division und Multiplikation) implementierbar.
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Für den Fachmann auf dem vorliegenden technischen Gebiet ist es auch
klar, daß Änderungen an dem beschriebenen und hier dargestellten System
vorgenommen werden können, ohne jedoch aus dem Schutzumfang der
vorliegenden Erfrndung herauszugelangen.
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Insbesondere kann der vom Sensor 30 effaßte und als signifikant für die
Zwecke der Einspritzdauer-Berechnung betrachtete Parameter ein anderer
sein als die im Wege eines Beispiels beschriebenen, und zwar in
Abhängigkeit des Typs der Parameter, die insgesamt von den Sensoren erfaßt
werden und des Typs der von dem Motor geforderten Funktionsweise.
Darüber hinaus kann, wie durch strichlierte Linien in Fig. 1 angedeutet ist,
die Anzahl von Sensoren eine andere sein, als dies gezeigt ist. Schließlich
kann anstatt eines einzigen Parameters eine Untermenge von
Motorparametern als signifikante Parameter für die Berechnung einer angenäherten
Einspritzdauer verwendet werden.