DE2730150B2 - Ansaugluftmengen-Erfassungssystem für die Brennstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Ansaugluftmengen-Erfassungssystem für die Brennstoffzumessung bei einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ansaugluftmengen-Erfassungssystem für die Brennstoffzumessung bei einer
Brennkraftmaschine, mit einem ein elektrisches Signal erzeugenden Temperaturfühler und einer elektrischen
Vi Kompensationsheizung in der Ansaugleitung sowie
einer vom Temperaturfühler beeinflußten Heizungssteuerschaltung.
Zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine ist die Aufrechterhaltung eines bestimmten Luft/Brennstoff-Verhältnisses
unerläßlich, so daß Meßsysteme zur Erfassung der Ansaugluftnienge Verwendung gefunden
haben, bei denen die Volumendurchflußrate der Ansaugluft in Abhängigkeit von Drehzahl und Ansaugunterdruck
oder von Drehzahl und Drosselklappenöffnung indirekt ermittelt wird. Ein Meßsystem dieser Art
weist jedoch den Nachteil auf, daß sich der Meßfehler aufgrund der indirekten Messung der Ansaugluftmenge
z. B. in Abhängigkeit von herstellungsbedingten Toleranzen sowie Verschleiß der jeweiligen Brennkraftma-
bo schine, vom Ventilspiel der Einlaß- und Auslaßventile, vom Zustand des Luftfilters usw. erhöht, wobei darüber
hinaus eine aufwendige Druckkompensation erforderlich ist, da die Ansaugluftmenge in Form einer
Volumendurchflußrate gemessen wird.
b5 Zur Überwindung dieser Nachteile ist bereits
vorgeschlagen worden (DE-AS 20 42 983), zumindest einen in einer Widerstandsbrücke angeordneten temperaturabhängigen
Widerstand als Luftmengenmesser
dem Ansaugluftstrom einer Brennkraftmaschine auszusetzen und seine temperaturabhängigen Widerstandsänderungen
trotz veränderlicher, von der Ansaugluftmenge abhängiger Strömungsverhältnisse durch Regelung
einer ihm zugeführten Heizleistung zu kompensie- -, ren. Hierzu ist ein die Heizleistung liernrnder Regelverstärker
eingangsseitig und ausgangsseitig an die beiden Brückendiagonalen angeschlossen, so daß der am
Regelverstärker auftretende Regelstrom bzw die als Speisespannung für die in den beiden Brückenzweigen κι
fließenden Ströme dienende Ausgangsspannung des Regelverstärkers dem zeitlichen Mittelwert der Ansaugluftmenge
zugeordnet werden kann. Bei einer solchen Meßanordnung sind jedoch Maßnahmen zur
Kompensation des Einflusses der Ansauglufttemperatur ι -, erforderlich, die hier im wesentlichen darin bestehen,
daß ein weiterer Brückenwiderstand dem Ansaugluftstrom ausgesetzt wird, dessen Widerstandswert bzw.
Verlustleistung sehr klein gewählt wird. Hierdurch soll erreicht werden, daß die Temperatur dieses Widerstan- 2»
des von dem ihn durchfließenden Strom unabhängig wird und er annähernd die Temperatur der vorbeiströmenden
Ansaugluft annimmt Diese Kompensationsmaßnahme ist zur Erzielung genauer Meßergebnisse
jedoch nur begrenzt wirksam und bedingt weitere >-, Korrekturen der Ausgangsspannung des Regelverstärkers,
falls diese direkt als analoges Steuersignal mit der erforderlichen Genauigkeit Verwendung finden oll.
Darüber hinaus ist aus der US-PS 29 94 222 ein Fluid-Erfassungssystem bekannt, bei dem an einer von j(>
einem Fluid durchströmten Leitung eine elektrische Kompensationsheizung, die das Fluid in Abhängigkeit
von einer ihr zugeführten Spannung erwärmt sowie ein erster Temperaturfühler, der ein der Temperatur des
von der elektrischen Kompensationsheizung erwärm- j-> ten Fluids entsprechendes erstes Ausgangssignal erzeugt,
und ein zweiter Temperaturfühler, der ein der Temperatur des unbeheizten Fluids entsprechendes
zweites Ausgangssignal erzeugt, angeordnet sind. Mit den beiden Temperaturfühlern ist eine Heizungssteuer- m>
schaltung verbunden, die die der elektrischen Kompensationsheizung zugeführte Spannung in Abhängigkeit
von dein ersten und zweiten Ausgangssignal zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz
im Fluid zwischen dem ersten und dem zweiten 4-, Temperaturfühler steuert. Da die Durchflußmenge der
der elektrischen Kompensationsheizung zugeführten Leistung annähernd proportional ist, läßt sich durch
Messung der zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz bei unterschiedlichen Strömungs- -,o
geschwindigkeiten erforderlichen Heizleistung die Durchflußmenge erfassen. Bei diesem Meßsystem weist
jedoch die an der elektrischen Kompensationsheizung anliegende Spannung eine komplizierte Charakteristik
in bezug auf die gemessene Durchflußmenge auf, so daß r>
bei Verwendung dieser Spannung als ein die Durchflußmenge bezeichnendes Signal auch hier eine aufwendige
Korrektur der Meßwerte erforderlich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ansaugluftmengen-Erfassungssystem der vorstehend bo
genannten Art derart auszugestalten, daß ein die Ansaugluftmenge genau bezeichnendes Signal ausschließlich
aus der der elektrischen Kompensationsheizung zugeführten Spannung erhalten wird, ohne daß
etwaige Korrekturen der ermittelten Werte vorgenom- <,-,
men werden müssen.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.
Das erfindungsgemäbe Ansaugluftmengen-Erfassungssystem
weist hierbei insbesondere den Vorteil auf, daß die Zeitschaltung und die Vergleichsschaltung eine
Analog-Digital-Umsetzerschaltung mit einer vorgebbaren Charakteristik in bezug auf das Eingangssignal zur
Umsetzung der der elektrischen Kompensationsheizung zugeführten Spannung in ein Impulssignal bilden.
wobei eine Anzahl von Funktionskennlinien durch zweckmäßiges Einstellen einer Anzahl von Widerständen
oder Kondensatoren realisiert und dadurch ständig die Ansaugluftmenge in Form einer MassendurchfluGrate
auf einfache Weise mit sehr hoher Genauigkeit direkt erfaßt werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unte'· Bezugnahme auf die Zeichnung
näher beschrieben. Es zeigt
Fig.! eine schernatische Darstellung des Gesamtaufbaus
einer Ausführungsform des Ansaugluftmengen-Erfassungssystems,
Fig. 2 ein Schaltbild der Oszillatorschaltung gemäß Fig.l,
Fig. 3 den Verlauf von Signalen an verschiedenen Punkten der Oszülatorschaltung gemäß F i g. 2,
Fig.4 ein Schaltbild der in Wechselstromverstärkerbauart
ausgeführten Heizungssteuerschaltung gemäß Fig.l.
Fig. 5 ein Schaltbild des Analog-Digital-Umsetzers gemäß Fig. 1,
Fig. 6 ein Schaltbild der Rechenschaltung gemäß Fig.l,
F i g. 7 ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen der der elektrischen Kompensationsheizung
gemäß Fig.4 zugeführten Spannung V und der
Ansaugluftmenge Q veranschaulicht.
F i g. 8 den Verlauf von Signalen an verschiedenen Punkten des Analog-Digital-Umsetzers gemäß F i g. 5
und
Fig. 9 den Verlauf von Signalen an verschiedenen Punkten der Rechenschaltung gemäß F i g. 6.
In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszahl 1 die Ansaugleitung
einer Brennkraftmaschine 3, die Bezugszahl 2 ein in der Ansaugleitung 1 angebrachtes Drosselventil und die
Bezugszahl 4 ein stromaufwärts des Drosselventils 2 in der Ansaugleitung 1 angeordnetes Zweigrohr, das zwei
aus einem wärmeisolierenden Material wie etwa Glaswolle bestehende Kanalleile 4a und 4b aufweist. In
dem stromaufwärts gelegenen Abschnitt des Kanalteils 4a ist eine elektrische Kompensationsheizung 7
angeordnet, in deren Nähe sich stromabwärts in dem Kanalteil 4a ein erster temperaturabhängiger Widerstand
5 befindet, der als Temperaturfühler dient. Ein zweiter temperaturabhängiger Widerstand 6 ist in dem
Kanalteil 4b angeordnet und dient ebenfalls als Temperaturfühler. Die temperaturabhängigen Widerstände
5 und 6 weisen die gleiche Charakteristik bzw. Kennlinie auf und bestehen bei dieser Ausführungsform
aus dem gleichen Material wie die elektrische Kompensationsheizung 7, nämlich aus Platin-Widerstandsdraht,
der eine positive Widerstands-Temperatur-Charakteristik bzw. einen positiven Temperaturkoeffizienten
aufweist. Die Bezugszahl 13 bezeichnet einen Strömungsgleichrichter, der zur Gleichrichtung des in
die Ansaugleitung 1 gesaugten Luftstroms als in Wabenbauweise ausgeführtes Rohr ausgebildet ist,
während die Bezugszahl 9 eine Vorkammer oder Luftkammer bezeichnet, die verhindert, daß die durch
den Strömungsgleichrichter 13 strömende Ansaugluft unter dem Einfluß der Außenluft gestört bzw. verwirbelt
wird. Die Bezugszahl 8 bezeichnet eine Steuereinheit, die aus einem Oszillator SA, welcher dazu dient, die der
elektrischen Kompensationsheizung 7 zugeführte Gleichspannung in ein amplitudenmoduliertes Schwingungssignal
umzusetzen und dieses einer von den temperaturabhängigen Widerständen 5 und 6 und zwei
Bezugsteilerwiderständen gebildeten Brückenschaltung zuzuführen, einer Heizungssteuerschaltung SB, die die
von der elektrischen Kompensationsheizung 7 erzeugte Wärmemenge steuert, einem Analog-Digital-Umsetzer
SC, der die Ansaugluftmenge aus der der elektrischen Kompensationsheizung 7 zugeführten Spannung in
Form eines Signals berechnet, dessen Dauer eine vorgegebene Funktionsbeziehung zu der Ansaugluftmenge
aufweist, und einer Rechenschaltung SD, die die Dauer der Brennstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine
2 entsprechend dem Ausgangssignal des Analog-Digital-Umsetzers SC steuert. Die Bezugszahl
10 bezeichnet einen Zündstellungsmeßfühler bekannter Bauart, der ein impulsförmiges Ausgangssignal synchron
mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine 3 erzeugt, die Bezugszahl 11 einen Verstärker, der das
Ausgangssignal der Steuereinheit 8 verstärkt, und die Bezugszahl 12 ein elektromagnetisches Einspritzventil,
das von dem Signal des Verstärkers 11 zur Zuführung von Brennstoff zu der Brennkraftmaschine 3 geöffnet
wird.
Wie F i g. 2 zu entnehmen ist, ist der Oszillator SA der Steuereinheit 8 derart aufgebaut, daß ein Schwingungssignal mit einer konstanten Frequenz von Invertern IC2
und /Cj, einem Kondensator Q und Widerständen Ri
und R2 erzeugt, von einem Inverter /Ci umgeformt und
sodann über einen Widerstand /?j der Basis eines
Transistors T, 1 zugeführt wird. Wenn der Transistor T1 1
entsprechend diesem Schwingungssignal durchgeschaltet wird, fließt ein Strom von einem Anschluß 8,„ 1 über
Widerstände Ra und R1, und ein Transistor Tr2 wird
durchgeschaltet. Wenn die Transistoren Trt und Tr2
durchgeschaltet sind, wird somit die dem Eingangsanschluß 8,„ 1 zugeführte Spannung an einem Ausgangsanschluß
8,„ 2 in Form eines EIN-AUS-Schwingungssignals
abgegeben, dessen Frequenz gleich derjenigen des Schwingungssignals und dessen Amplitude gleich der
Spannung an dem Anschluß 8,„ 1 sind. Der Verlauf der
jeweils an dem Eingangsanschluß 8,„ ., der Basis des
Transistors Tr \ und dem Ausgangsanschluß 8m 2
erzeugten Signale ist unter (A), (B) bzw. (C) in Fig.3
dargestellt.
Wie F i g. 4 zu entnehmen ist, weist die Heizungssteuerschaltung 8ßder Steuereinheit 8 Differenzverstärker
auf. wobei die Spannung V der elektrischen Kompensationsheizung 7 sowie dem Eingangsanschluß 8„, 1 des
Oszillators SA zugeführt wird. Die dem Oszillator SA zugeführte Gleichspannung wird in Form des unter (C)
in F i g. 3 dargestellten ElN-AUS-Ausgangssignals abgegeben
und über den Anschluß 8m2 der aus den
Bezugsteilerwiderständen Ä01 und Ru2 sowie den temperaturabhängigen
Widerständen 5 und 6 bestehenden Brückenschallung zugeführt. Das Bezugszeichen A
bezeichnet einen Wechselspannungs-Differenzverstärker, der aus Eingangskondensatoren C2 und Cy,
Eingangswiderständen Rs und Ä9, einem Widerstand
Rio, einem Rückkopplungswiderstand An und einem
Operationsverstärker OP\ zur Verstärkung der Potentialdifferenz
zwischen einem Verbindungspunkt a der temperaturabhängigen Widerstände 5 und 6 und einem
Verbindungspunkt b der Bezugsteilerwiderstände Rm
und Ru2 besteht. Das Bezugszeichen B bezeichnet eine
aus einer Diode B\, Widerständen R\2 und Rd sowie
einem Kondensator C4 bestehende Gleichrichterschaltung,
mittels der das Wechselspannungsausgangssignal des Differenzverstärkers A in Form einer Einweg-Gleichrichtung
in eine Gleichspannung umgesetzt wird. Das Bezugszeichen C bezeichnet eine aus Eingangswiderständen
/?h und /?i5, einem Widerstand R\b, einem
in Rückkopplungswiderstand Ru, einem Integrationskondensator
C5 und einem Operationsverstärker OP2
bestehende integrierende Differenzverstärkerschaltung, mittels der die Differenz zwischen der Ausgangsspannung
der Gleichrichterschaltung B und der Bezugsspannung einer Integration und Differenzverstärkung
unterworfen und das sich ergebende Ausgangssignal der elektrischen Kompensationsheizung 7
und dem Oszillator SA über eine aus einem Widerstand /?i8, einer Diode D2 und Transistoren Tri und 7~r4
2n bestehende Verstärkerschaltung D zugeführt wird. Die
Bezugszahl 8,„ 4 bezeichnet den Ausgangsanschluß der
Heizungssteuerschaltung 8ß.
Wie F i g. 5 zu entnehmen ist, besteht der Analog-Digital-Umsetzer
8C der Steuereinheit 8 aus einer Zeitschaltung 8C1, einer Zeitkonstanten-Wählschaltung
8C2, einer Spannungsvergleicherschaltung 8Cj sowie einer Rückstellschaltung 8G, die entsprechend dem
Schließen des (nicht dargestellten) Stromversorgungskreises betätigbar ist. Die Zeitschaltung 8C1 besteht aus
jo neun Widerständen 11a, Wb. Hc. Ud1 Sie, Hi Wg, Wh
und 11/, neun Analogschaltern 12a, \2b, 12c, 12t/, 12e, \2f,
\2g, 12Λ und 12; die jeweils mit einem entsprechenden
dieser Widerstände in Reihe geschaltet sind, einem Kondensator 13, der mit den Analogschaltern verbunden
ist, und einem dem Kondensator 13 parallelgeschalteten Analogschalter 14. Die Widerstände 11a bisll/
weisen jeweils Widerstandswerte Rbis 9R auf, während
der Kondensator 13 eine konstante Kapazität Cbesitzt. Die Zeitkonstanten-Wählschaltung 8C2 besteht aus
Dekaden-Teiler/Zählern 21 und 22, die jeweils Taktimpulse einer konstanten Frequenz erhalten und zählen,
die Eingangsanschlüssen 8„, 7 bzw. 8m8 zugeführt
werden, einem mit dem 8. Ausgang des Dekaden-Teiler/ Zählers 21 verbundenen Inverter 24, einem NAND-Verknüpfungsglied
25, einem mit dem Null-Ausgang des Dekaden-Teiler/Zählers 22 verbundenen Inverter 23,
einem mit den Ausgängen des NAND-Verknüpfungsgliedes 25 und dem Inverter 23 verbundenen NOR-Verknüpfungsglied
26 und ein RS-Flip-Flop-bildenden NOR-Verknüpfungsgliedern 27 und 28, wobei die
Ausgänge 1 bis 8 des Dekaden-Teiler/Zählers 21, der Ausgang des NOR-Verknüpfungsgliedes 28 und der
siebte Ausgang des Dekaden-Teiler/Zählers 22 jeweils mit den Steueranschlüssen Cder Analogschalter 12a bis
12/ und 14 der Zeitschaltung 8C1 verbunden sind. Die Spannungsvergleicherschaltung 8C3 besteht aus einem
Analogspannungsvergleicher 31, der an seinem nichtinvertierenden Eingang die an dem Kondensator 13 von
der Zeitschaltung 8C1 und der Zeitkonstanten-Wählschaltung
8C2 gebildete Funktionsspannung und an seinem invertierenden Eingang die über den Anschluß
8m4 zugeführte Spannung Verhält, ein RS-Flip-Flop
bildenden NOR-Verknüpfungsgliedern 32, 33 sowie einem NOR-Verknüpfungsglied 34. Die beim Schließen
des Stromversorgungskreises betätigbare Rückstellschaltung SQ besteht aus einem Widerstand 41 und
einem Kondensator 42, so daß nach dem Schließen des Stromversorgungskreises ein Signal niedrigen Wertes
für die Dauer der von dem Widerstand 41 und dem Kondensator 42 bestimmlen ftC-Zeitkonstanten erzeugt
wird. Die Rückstellschaltung SCa ist mit dem NAN D-Verknüpfungsglied 25 der Zeitkonstanten-Wählschaltung
8C2 verbunden. Die Bezugszahl 8,„ m
bezeichnet den Ausgangsanschluß des Analog-Digital-Umsetzers 8C
Gemäß Fig.6 besteht die Rechenschaltung SD der
Steuereinheit 8 aus einer ein Triggersignal für die zeitliche Steuerung der Einspritzung erzeugenden
Triggerschaltung 100, die ein D-Flip-Flop 101, das das
von dem bekannten Zündstellungsmeßfühler 10 abgegebene Zündstellungssignal erhält, und einen Dekaden-Teiler/Zähler
102 aufweist, einer Oszillatorschaltung 110, deren genauer Aufbau nicht dargestellt ist, jedoch
einen Quarzoszillator bekannter Bauart zur Erzeugung von Taktsignalen mit einer konstanten Frequenz
umfaßt, einer ersten Multiplizierschaltung 120, die einen Paralleladdierer 121, Speicher 122 und 123, ein
UND-Verknüpfungsglied 124 und einen Dekaden-Teiler/Zähler
125 aufweist, einer zweiten Multiplizierschaltung 130, die einen mit der ersten Multiplizierschaltung
120 identischen Aufbau aufweist und daher nicht im einzelnen dargestellt ist, einem Umsetzer 140, der einen
Binärzähler 141, 10 Antivalenz-Verknüpfungsglieder 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150 und 151, ein
NOR-Verknüpfungsglied 152 mit zehn Eingängen und ein RS-Flip-Flop 153 aufweist und zur Umsetzung des
binärcodierten Ausgangssignals der zweiten Multiplizierschaltung 130 in ein Impulssignal dient, und einer
Konstanten-Einstelleinrichtung 160, die nicht im einzelnen dargest °llt ist, jedoch Schalter aufweist.
Nachstehend wird die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels des Ansaiigluftmengen-Erfassungssystems
unter Bezugnahme auf die F i g. 7 bis 9 näher beschrieben.
Bei der Anordnung gemäß F i g. 1 wird Luft in die Brennkraftmaschine 3 über die Vorkammer oder
Luftkammer 9 und die Ansaugleitung 1 angesaugt, und zwar in einer Menge, die von der Öffnung des
Drosselventils 2 bestimmt wird. Die in die Ansaugleitung 1 gesaugte Luft wird von dem Strömungsgleichrichter
13 gleichgerichtet, so daß ein bestimmter Anteil der gesamten Ansaugluftmenge ständig durch das
Zweigrohr 4 mit den Kanalteilen 4a und 4b geführt wird. In dem einen Kanalteil 4a wird die Temperatur der
hindurchströmenden Luft aufgrund der Wärmeerzeugung durch die elektrische Kompensationsheizung 7 um
einen bestimmten Betrag Δ Terhöht, woraufhin die Luft über den temperaturabhängigen Widerstand 5 in die
Brennkraftmaschine 3 gesaugt wird. In dem anderen Kanalteil 4b wird die Luft über den temperaturabhängigen
Widerstand 6 in die Brennkraftmaschine 3 gesaugt. Die von der elektrischen Kompensationsheizung 7
verursachte und auf die Ansaugluftmenge bezogene Temperaturdifferenz Δ T tritt somit als Differenz der
Widerstandswerte der temperaturabhängigen Widerstände 5 und 6 auf. Die der elektrischen Kompensationsheizung 7 und dem Oszillator 8/4 zugeführte Gleichspannung
V bzw. der Betrag der Wärmeerzeugung durch die elektrische Kompensationsheizung 7 wird
somit von der Heizungssteuerschaltung SB derart gesteuert, daß die Temperaturdifferenz Δ Τ zwischen
den Kanalteilen 4a und 4b auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Bei der Anordnung gemäß Fig.4
nimmt z. B. mit steigender Ansaugluftmenge Q die Temperaturdifferenz Δ Tab, wodurch die Potentialdifferenz
zwischen dem Verbindungspunkt a der temperaturabhängigen Widerstände 5 und 6 und dem Verbindungspunkt
b der Bezugsteilerwiderstände /?m und Rm
der Brückenschaltung verringert wird. Dementsprechend wird der Spitzenwert des Ausgangssignals des
Differenzverstärkers A kleiner, so daß auch das gleichgerichtete Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung
B kleiner wird. Die Differenz zwischen dem gleichgerichteten Ausgangssignal und der Bezugsspannung
und damit das Ausgangssignal der integrierenden Differenzverstärkerschaltung C steigen somit an,
wodurch sich die der elektrischen Kompensationsheizung 7 und dem Eingangsanschluß 8m 1 des Oszillators
SA über die Verstärkerschaltung D zugeführte Spannung V erhöht. Dies hat zur Folge, daß die von der
elektrischen Kompensationsheizung 7 erzeugte Wärmemenge ansteigt, was wiederum bewirkt, daß die
Temperaturdifferenz Δ Fzwischen den beiden Kanalteilen ansteigt. Wenn dagegen die Ansaugluftmenge Q
abnimmt, steigt die Temperaturdifferenz Δ Tan, was zur Folge hat, daß die Potentialdifferenz zwischen den
Verbindungspunkten a und b in der Brückenschaltung ansteigt. Dementsprechend steigt der Spitzenwert des
Ausgangssignals des Differenzverstärkers A an, was dazu führt, daß die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung
B sich erhöht und der integrierenden Differenzverstärkerschaltung C zugeführt wird. Die
Potentialdifferenz zwischen dem Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung B und der Bezugsspannung und
damit das Ausgangssignal der integrierenden Differenzverstärkerschaltung Cwerden somit verkleinert, so daß
die der elektrischen Kompensationsheizung 7 und dem Eingangsanschluß 8,„ 1 des Oszillators SA über die
Verstärkerschaltung D zugeführte Spannung V abnimmt. Dies hat zur Folge, daß die von der elektrischen
Kompensationsheizung 7 erzeugte Wärmemenge kleiner wird und die Temperaturdifferenz Δ Γ zwischen den
Kanalteilen 4a und 4b abnimmt. Die Heizungssteuerschaltung SB steuert die der elektrischen Kompensationsheizung
7 und dem Oszillator SA zugeführte Spannung Vderart, daß die elektrische Kompensationsheizung 7 eine der Ansaugluftmenge Q entsprechende
Wärmemenge erzeugt und die Temperaturdifferenz Δ Τ zwischen den temperaturabhängigen Widerständen 5
und 6 ständig konstant gehalten wird. Obwohl die Spannung V in Proportion zu einem Anstieg der
Ansaugluftmenge Q ansteigt, hat es sich experimentell erwiesen, daß die Beziehung zwischen der Spannung V
und der in die Brennkraftmaschine 3 gelangenden Ansaugluftmenge Q annähernd eine logarithmische
Funktionsbeziehung und nicht eine direkt proportionale Beziehung wie im Falle der Darstellung gemäß Fig. 7
ist.
Außerdem erzeugt die Rückstellschaltung 8G gemäß Fig.5 ein Rückstellsignal niedrigen Wertes entspre-
chend dem Schließen des Stromversorgungskreises. Dieses Rückstellsignal wird invertiert und dem Rückstellanschluß
R des Dekaden-Teiler/Zählers 22 über das NAND-Verknüpfungsglied 25 zugeführt, so daß der
Dekaden-Teiler/Zähler 22 zurückgestellt wird und seine sämtlichen Ausgangssignale auf einen niedrigen Wert
abfallen (der nachstehend einfach mit dem logischen Symbolwert »0« bezeichnet ist). Nach dem Auslösen der
Rückstellung zählt der Dekaden-Teiler/Zähler 22 die unter (A) in F i g. 8 dargestellten und dem Anschluß 8m 8
zugeführten Taktsignale, wobei die sich ergebenden Zählwerte aufeinanderfolgend an seinen Ausgangsanschlüssen
0 bis 9 abgegeben werden. Wenn somit das Signal am achten Ausgang des Dekaden-Teiler/Zählers
22 aul einen hohen Wert übergeht (nachstehend einfach
als logischer Symbolwert »1« bezeichnet), wird das unter (B) in Fig. 8 dargestellte Rückstellsignal dem
Rückstellanschluß R des Dekaden-Teiler/Zählers 21 zugeführt und stellt diesen zurück. Wenn dies erfolgt,
gehen die Signale an sämtlichen Steueranschlüssen C der Analogschalter 12a und 12/ der Zeitschaltung 8Ci
auf den Wert »0« über, und die Analogschalter 12!a bis 12/ sperren. Wenn die Rückstellung des Dekaden-Teiler/Zählers
21 ausgelöst ist, zählt der Dekaden-Teiler/ Zähler 21 die unter (C) in F i g. 8 dargestellten und dem
Anschluß 8,„ 7 zugeführten Taktsignale, wobei die: sich
ergebenden Zählwerte aufeinanderfolgend an seinen Ausgangsanschlüssen 0 bis 9 abgegeben werden. Die
Ausgänge 1 bis 8 des Dekaden-Teiler/Zählers 21 sind jeweils mit den Steueranschlüssen Cdcr Analogschaiier
12a bis 12Λ verbunden, so daß die Analogschalter l'.ia bis
12Λ aufeinanderfolgend in Intervallen von einer Periode der dem Anschluß 8,„7 zugeführten Taktsignale durchgeschaltet
werden. Im einzelnen wird der Analogschaiier 12a für die Dauer einer unier (C) in Fig.8
dargestellten Zeit t\ durchgeschaltet, so daß ein sich ändernder Strom dem Kondensator 13 über den
Widerstand 11a mit dem Widerstandswert R zugeführt wird und an dem die Kapazität C aufweisenden
Kondensator 13 eine Spannung VV entsprechend der Funktion
Vj. =
ansteigt. Während einer der Zeit ii folgenden Zeit h
wird der Analogschalter 126 durchgeschaltet, so daß über den Widerstand lli>
mit dem Widerstandswert 2R ein Änderungsstrom dem Kondensator 13 zugeführt
und seine Spannung somit weiter mit der Zeitkonstanten 2/?Cgeändert wird. Dieser Vorgang wird in gleicher
Weise wiederholt, wobei die Zeitkonstante proportional ansteigt, bis der Analogschalter 12Λ durchgeschaltet ist
und sich der Kondensator 13 auf die unter (D) in F i g. 8 dargestellte Spannung aufgeladen hat. Da die Zeitkonstante
proportional von dem Wert RC auf den Wert SRC ansteigt, stellt die am Kondensator 13 auftretende
Spannung eine logarithmische Funktion in Abhängigkeit von der Zeit dar. Wenn das achte Ausgangssignal
des Dekaden-Teiler/Zählers 21 den Wert »1« annimmt, wird der Dekaden-Teiler/Zählers 22 über den Inverter
24 und das NAND-Verknüpfungsglied 25 durch dieses Signal zurückgestellt, und nach dem Auslösen der
Rückstellung zählt der Dekaden-Teiler/Zähler 22 die unter (A) in Fig.8 dargestellten Taktsignale in der
vorstehend beschriebenen Weise. Außerdem wird das aus den NOR-Verknüpfungsgliedern 27 und 28 bestehende
RS-FHp-Flop bei der abfallenden Flanke: des Signals am achten Ausgang des Dekaden-Teiler/Zä.hlers
21 gesetzt und bei der Anstiegsflanke des Signals am siebten Ausgang des Dekaden-Teiler/Zählers Zt zurückgestellt,
so daß das Ausgangssignal des NOR •Verknüpfungsgliedes 28 während der Dauer einer unter (C)
in Fig.8 dargestellten Zeit h den Wert »1« annimmt
Dieses Signal wird dem Steueranschluß C des Analogschalters 12/zugeführt, so daß der Analogschalter
12/ nach der Zeit & für die Dauer der Zeit U durchgeschaltet wird und ein Änderungsstrom über den
Widerstand 11/mit dem Widerstandswert 9Ä zu dem
Kondensator 13 fließt wodurch dessen Ausgangsspannung Vr mit der Zeitkonstanten 9ÄCin der unter (D) in
Fig.8 dargestellten Weise weiter ansteigt Wenn das
Signal am 7. Ausgangsanschluß des Dekaden-Teiler/ Zählers 22 auf den Wert »1« übergeht, so daß der
Analogschalter 14 durchgeschaltet wird, entlädt sich die in dem Kondensator 13 gespeicherte Ladung und die
Ί Spannung V, an den Anschlüssen des Kondensators 13 fällt augenblicklich auf Null ab. Wenn danach das Signal
am 8. Ausgang des Dekaden-Teiler/Zählers 22 auf den Wert »1« übergeht, wird der Dekaden-Teiler/Zähler 21
durch dieses Signal zurückgestellt und die Signale an
κι den Steueranschlüssen Cder Analogschalter 12a bis 12/ und 14 nehmen wieder den Wert »0« an. Danach
wiederholt sich der gleiche Vorgang in der vorstehend beschriebenen Weise.
Die Änderungsrate der am Kondensator 13 auftreten-
i) den logarithmischen Funktionsspannung VV wird somit
jeweils von den Widerstandswerten der Widerstände 11a bis 11/ bestimmt, wobei die zeitliche Änderung der
Spannung VV annähernd der in Fig. 7 dargestellten Änderung der Spannung V in Abhängigkeit von der
Ansaugluftmenge Q entspricht. Die am Kondensator 13 auftretende Spannung W wird dem nichtinvertierenden
Eingang des analogen Spannungsvergleichers 31 der Spannungsvergleicherschaltung 8C3 zugeführt, während
die in F i g. 7 dargestellte und auf die Ansaugluftmenge Q bezogene Spannung V dem invertierenden Eingang
des analogen Spannungsvergleichers 31 zugeführt wird, so daß das Ausgangssignal des analogen Spannungsvergleichers
31 in der unter (E) in Fig. 8 dargestellten Weise auf den Wert »1« übergeht, wenn Vr
> V ist. Das
ίο aus den NOR-Verknüpfungsgliedern 32 und 33 bestehende
RS-Flip-Flop der Spannungsvergleicherschaltung SC) wird von dem am Ausgang 0 auftretenden
Ausgangssignal des Dekaden-Teiler/Zählers 21 in der unter (F) in F i g. 8 dargestellten Weise gesetzt und von
j-, dem Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 31
zurückgestellt, so daß ein Impulssignal mit einer der Ansaugluftmenge Q proportionalen Zeitdauer Tq am
Ausgangsanschluß 8,„ m in der unter (G) in Fig.8
dargestellten Weise abgegeben wird.
Dieses Impulssignal wird als ein die Ansaugluftmenge Q bezeichnendes Signal über den Anschluß 8,„ 10 der in
F i g. 6 dargestellten Rechenschaitung SD zugeführt. Die das Triggersignal zur zeitlichen Steuerung der Einspritzung
erzeugende Triggerschaltung 100 der Rechenschaltung SDgemäß F i g. 6 ist derart aufgebaut, daß das
von dem bekannten Zündstellungsmeßfühler 10 erzeugte und unter (A) in F i g. 9 dargestellte Zündsteüungssignal
von dem D-Flip-Flop 101 einer Frequenzteilung im Verhältnis 1 :2 unterworfen wird, wobei der Dekaden-Teiler/Zähler
102 das unter (C) in F i g. 9 dargestellte Einspritz-Triggersignal synchron mit der abfallenden
Flanke des am Ausgang Q des D-Flip-Flops 101 abgegebenen und unter (B) in Fig.9 dargestellten
Ausgangssignals erzeugt. Der Dekaden-Teiler/Zähler
102 ist derart aufgebaut daß jeweils nach Zuführung von drei Taktimpulsen von der Oszillatorschaltung 110
das Zählen weiterer Taktimpulse gesperrt wird. In der ersten Multiplizierschaltung 120 werden Ausgangssignale
Sio, S%...,..., S\ eines Binärcodes, die jeweils aus
einem willkürlich gewählten Signal des Wertes »1« oder »0« bestehen, von der Konstanten-Einstelleinrichtung
160 Eingangsanschlüssen KiO1K9,..., K, des Addierers
121 zugeführt, während an Ausgängen Li8, Li7,....... L\
des Speichers 122 anstehende Signale weiteren
Eingangsanschlüssen /i8, /17, ...,.··, /1 des Addierers 121
zugeführt werden. Der Dekaden-Teiler/Zähler 125 ist derart aufgebaut daß jeweils nach Zuführung von sechs
Taktimpulsen das Zählen weiterer Taktimpulse gesperrt
wird. Während der Zeit, in der das Ausgangssignal des Analog-Digital-Umsetzers 8C bzw. das unter (D) in
F i g. 9 dargestellte Impulssignal der Zeitdauer Tq dem Anschluß 8,„ w zugeführt wird, werden η Taktimpulse
der Oszillatorschaltung 110 zu dem Ausgangsanschluß des UND-Verknüpfungsgliedes 124 in Proportion zu
der Zeitdauer Tq weitergeleitet, wie dies unter (E) in F i g. 9 dargestellt ist Nach Ablauf der Zeitdauer Tq
zählt der Dekaden-Teiler/Zähler 125 bis zu sechs Taktimpulse, und zwar derart, daß beim Zählen des
zweiten, vierten und sechsten Taktimpulses ein Signal des Wertes »1« an dem zweiten, vierten und sechsten
Anschluß des Zählers 125 abgegeben wird, wie dies unter (F), (G) und (H) in F i g. 9 dargestellt ist. Wenn der
Zähler 125 den vierten Taktimpuls zählt, wird der Speicher 122 zurückgestellt, so daß die Signale an seinen
Ausgängen Lm, Lu,... und L\ sämtlich wieder den Wert
0 aufweisen. Danach gibt der Speicher 122 entsprechend
den unter (E) in Fig.9 dargestellten Taktimpulseri an
seinen Ausgängen Z-m, Lu und L\ jeweils binäre
Ausgangscodes Sio, - -. Si, 2 χ (Sio,..., Si) bzw. η χ
(S\(h .... Si) ab, während der Speicher 123 die zehn
Ziffern höherer Wertigkeit des Ausgangscodes η χ (Sio,
..., Si) als Werte Afio, M\ entsprechend dem unter
(G) in F i g. 9 dargestellten zweiten Taktimpuls abspeichert.
Da die Anzahl π der Taktimpulse, wie bereits vorstehend erwähnt, ein der Ansaugluftmenge Q
proportionaler Wert ist, und die Signale Sm,..., Si den
Binärcode einer voreingestellten Konstanten K darstellen, hat die erste Multiplizierschaltung 120 eine
Multiplikation CxKx Q durchgeführt (wobei C eine
Proportionalitätskonstante darstellt, die im folgenden in der vorgegebenen Konstanten K enthalten ist).
Während die erste Multiplizicrschaltung 120 über den
Anschluß 8„, κι mit der Oszillatorschaltung 110, der
Konstanten-Einstelleinrichtung 160 und dem Analog-Digital-Umsetzer SC verbunden ist, ist die in ihrem
Aufbau mit der ersten Multiplizierschaltung 120 identische zweite Multiplizierschaltung 130 mit der das
Triggersignal für die zeitliche Steuerung der Einspritzung erzeugenden Triggerschaltung 100, der Oszillatorschaltung
110 und der ersten Multiplizierschaltung 120 verbunden. Das Ausgangssignal der Triggerschaltung
100, das unter (C) in Fig.S dargestellt ist, wird der
zweiten Multiplizierschaltung 130 in Form eines Impulssignals der Zeitdauer Tn zugeführt, das unter (K)
in F i g. 9 dargestellt ist Die Zeitdauer Tn ist somit der
Drehzahl N der Brennkraftmaschine umgekehrt proportional. Dementsprechend werden n' Taktimpulse
von der Oszillatorschaltung 110 während der Zeitdauer
Tn abgegeben, so daß die zweite Multiplizierschaltung
130 die Ausgangssignale Mio, ..., M\ der ersten
Multiplizierschaltung 120 //-fach aufaddiert und einen
Ausgangscode ;?' χ (Mw M1) an ihren Ausgängen
/Vm, ..., Ni erzeugt. Die zweite Vlultiplizierschaltung
130 führt somit eine Multiplikation K χ (?/A/durch. Die
Umsetzerschaltung 140 ist eine Schaltungsanordnung,
r> die den an den Ausgängen Ni, /Vi der zweiten
Multiplizierschaltung 130 abgegebenen Binärcode in ein Impulssignal mit einer Zeitdauer r umsetzt, wobei der
Binärzähler 141 und das RS-Flip-Flop 153 von dem unter »C« in Fig.9 dargestellten Ausgangssignal der
κι Triggerschaltung 100 zurückgestellt werden. Nach seiner Rückstellung zählt der Binärzähler 141 die von
der Oszillatorschaltung 110 abgegebenen Taktimpulse
und bildet den Zählwert als einen an Ausgängen Qi
Qi abgebenen Ausgangscode. Wenn der an den Ausgängen Qia,.. ■ Qi des Binärzählers 141 abgegebene
Ausgangscode mit dem an den Ausgängen N\,h ...AZ1
der zweiten Multiplizierschaltung 130 abgegebenen Ausgangscode übereinstimmt, geben sämtliche Antivalenz-Verknüpfungsglieder
Signale des Wertes »0« ab, so daß das NOR-Verknüpfungsglied 152 das RS-Flip-Flop
153 setzt. Dies hat zur Folge, daß das RS-Flip-Flop 153 an seinem Ausgang Q das unter (L) in Fig. 9
dargestellte Signal des Wertes »1« von dem Zeitpunkt seiner Rückstellung bis zu dem Zeitpunkt seines Setzens
erzeugt, wobei die Zeitdauer τ dieses Signals dem an den Ausgängen M0,... M der zweiten Multiplizierschaltung
130 abgegebenen Ausgangscode proportional ist. Das heißt, die Zeitdauer τ während der das Ausgangssignal
am Ausgang Q des RS-Flip-Flops 153 den Wert
ίο »1« beibehält, stellt den Wert K χ Q/N dar. Diese
Zeitdauer ist der Ansaugluftmenge Q proportional und der Drehzahl N der Brennkraftmaschine umgekehrt
proportional. Das Signal wird von dem Leistungsverstärker 11 verstärkt und dem elektromagnetischen
Einspritzventil 12 zugeführt, wodurch das Einspritzventil 12 geöffnet und der Brennkraftmaschine 3 Brennstoff
zugeführt wird.
Im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Aufbau der Rechenschaltung %D
lediglich zur Veranschaulichung erläutert worden, da auch ein analoges Rechenverfahren zur Berechnung der
Zeitdauer τ des die Öffnungsdauer des Einspritzventils 12 bestimmenden Impulssignals Verwendung finden
kann. Auch können die Widerstände der Zeitschaltung BC\ anstatt in der beschriebenen Weise, bei der die
Ausgangszeitdauer Tq des Analog-Digital-Umsetzers SC der Ansaugluftmenge Q direkt proportional wird,
falls erforderlich, derart eingestellt werden, daß eine beliebige andere Funktionsbeziehung wie z. B. eine
logarithmische Funktionsbeziehung, eine hyperbolische Funktionsbeziehung usw. zwischen der Zeitdauer Γ;)
und der Ansaugluftmenge Qbesteht.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Ansaugluftmengen-Erfassungssystem für die Brennstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine,
mit einem ein elektrisches Signal erzeugenden Temperaturfühler und einer elektrischen Kornpensationsheizung
in der Ansaugleitung sowie einer vom Temperaturfühler beeinflußten Heizungssteuerschaltung,
dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (5) nur in einem Kanalteil (4a)
der Ansaugleitung (1) angeordnet ist und stromauf in diesem Kanalteil, getrennt vom Temperaturfühler,
die Kompensationsheizung (7) vorgesehen ist, daß in einem im Ansaugluftstrom zum Kanalteil (4a)
parallel liegend angeordneten anderen Kanalteil (4£>)
ein zweiter, ein elektrisches Signal erzeugender Temperaturfühler (6) vorgesehen ist, daß die auch
vom Signal des zweiten Temperaturfühlers beeinflußte Heizungssteuerschaltung (SB) eine erste, der
Kompensationsheizung zugeführte Spannung derart steuert, daß die Temperaturdifferenz der Ansaugluft
zwischen dem einen und dem anderen Kanalteil konstant bleibt, daß eine Zeitschaltung (SQ)
vorgesehen ist, die einen Kondensator (13) aufweist, der mit einem veränderlichen Ladungsverhältnis zur
Erzeugung einer mit dem Anstieg der Aufladungszeit ansteigenden zweiten Spannung aufladbiir ist,
und daß eine Vergleichsschaltung (SCs) vorgesehen ist, die die erste Spannung mit der zweiten Spannung
zur Bildung eines Impulssignals vergleicht, dessen Zeitdauer mit dem Anstieg der ersten Spannung
ansteigt, wobei die Zeitdauer eine proportionale Beziehung zur Ansaugluftmenge aufweist.
2. Ansaugluftmengen-Erfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung
(8Ci) eine Vielzahl von Widerständen (11a bis 11/) mit zueinander unterschiedlichen Widerstandswerten
und eine Vielzahl von Schaltern (12a bis 12;) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung und
Unterbrechung der Verbindung der Widerstände mit dem Kondensator (13) zur Änderung des
Ladungsverhältnisses des Kondensators (13) aufweist.
3. Ansaugluftmengen-Erlassungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der
Zeitschaltung (8Ci) eine Zeitkonstanten-Wählschaltung (8C2) verbunden ist, die zumindest einen der
Schalter (12a bis \2i) jeweils bei einem ersten konstanten Intervall derart auswählt, daß das
Ladungsverhältnis des Kondensators (13) bei jedem dieser ersten konstanten Intervalle geändert wird.
4. Ansaugluftmengen-Erfassungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeil konstanten-Wählschaltung
(8C2) einen ersten Signalgenerator (21), der ein erstes Signal bei jedem ersten konstanten Intervall erzeugt, so daß das Ladungsverhältnis
des Kondensators (13) geändert wird, und einen zweiten Signalgenerator (22) aufweist, der ein
zweites Signal jeweils bei einem zweiten konstanten Intervall erzeugt, entsprechend dem der Kondensator
(13) entladen und wieder aufgeladen wird, wobei das zweite konstante Intervall derart vorgegeben ist,
daß das erste Signal darin mehrfach erzeugbar ist.
5. Ansaugluftmengen-Erfassungssystem nach einem der Ansprüche I —4, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Temperaturfühler einen ersten temperaturabhängigen Widerstand (5), an dem das
erste Ausgangssignal erzeugt wird, aufweist, und daß der zweite Temperaturfühler einen mit dem ersten
temperaturabhängigen Widerstand (5) in Reihe geschalteten zweiten temperaturabhängigen Widerstand
(6), an dem das zweite Ausgangssigna! erzeugt wird, aufweist.
6. Ansaugluftmengen-Erfassungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe
geschaltete Bezugswiderstände (Λ01, R02) der Reihenschaltung
des ersten und zweiten temperaturabhängigen Widerstandes (5, 6) zur Bildung einer
Brückenschaltung paralielgeschaltet sind, und daß ein Oszillator (SA) mit der Brückenschaltung (5, 6,
Rau R02) verbunden ist, der der Brückenschaltung eine Wechselspannung zuführt, deren Amplitude
derjenigen der der elektrischen Kompensationsheizung (7) zugeführten ersten Spannung proportional
ist.
7. Ansaugluftmengen-Erfassungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizungssteuerschaltung
(SB) einen mit der Brückenschaltung (5,6, R0\, R02) verbundenen Wechselspannungs-Differenzverstärker
(A) der eine der Spannungsdifferenz zwischen einem Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten temperaturabhängigen
Widerstände (5,6) und einem Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Bezugswiderstände (R0], R02)
proportionale Wechselspannung erzeugt, eine mit dem Differenzverstärker (A) zur Gleichrichtung der
Wechselspannung verbundene Gleichrichterschaltung (B) und eine mit der Gleichrichterschaltung (B)
verbundene Integrationsschaltung (C), die die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung (B)
zur Erzeugung der der elektrischen Kompensationsheizung (7) und dem Oszillator (SA) zugeführten
ersten Spannung integriert, aufweist.
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