DE2034067A1 - Elektronisches Kraftstoffver brauchs Meßgerat - Google Patents
Elektronisches Kraftstoffver brauchs MeßgeratInfo
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Description
R. 9874
Anlage zur
Pateritanaieldang
Pateritanaieldang
R 0 B ER T BOSC H GMBH,, Stuttgart "(, Breitscheidstraße 4
Elektronisches Krat'tstoffverbraucliii-i.ießgerät
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur kontinuierlichen Messung und Anzeige des Kraftstoffverbrauches von Brennkraftmaschinen.
Im allgemeinen läßt sich eine verbrauchte Kraftstoffaenge leicht
berechnen, indem man dabei größere Zeiträume betrachtet und
während dieser Zeiträume die verbrauchte Kraftstoffmenge in Beziehung
setzt zu entweder einer Fahrstrecke bei einem Fahrzeug
oder einer Zeit bei einer stationären Anlage, Es ist jedoch ein
großer Vorteil, wenn es möglich ist, den-jeweiligen Kraftstoffverbrauch
unmittelbar an einer Anzeigevorrichtung eiblesen zu können. Beispielsweise sieht ein Fahrer eines Fahrzeuges dann
sofort, wie er sein Fahrverhalten ändern muß, um den Kraftstoff-
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verbrauch seines Fahrzeuges zu senken. Erhält ein Fahrer eines Fahrzeuges jeweils nur in größeren Zeitabständen eine Kontrolle
über den Kraftstoffverbrauch, so ist er damit noch nicht in der lage, sein Fahrverhalten so zu ändern, daß nicht unnötig viel
Kraftstoff verbraucht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur kontinuierlichen Messung und Anzeige des Kraftstoffverbrauches
von Brennkraftmaschinen zu schaffen ohne dabei den Mengenstrom k des jeweils verbrauchten Kraftstoffes unmittelbar zu messen.
Die Lösung der Aufgabe besteht bei einer Anordnung der eingangs
genannten Art darin, daß wenigstens zv/ei den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierende Größen,, nämlich die
Drehzahl der Antriebswelle der Brennkraftmaschine und die Drosselklappenstellung oder eine Drehzahl und der Druck im Ansaugsystem
oder der Druck im Ansaugsystem und die Stellung der Drosselklappe mit Hilfe von Meßwertgebern in elektrische Größen
umgewandelt, einem elektrischen Auswertgerät zugeführt und dort zu einer dem Kraftstoffverbrauch eindeutig zugeordneten Ausgangsgröße,
insbesondere einem elektrischen Strom oder einer elektrischen Spannung, verarbeitet werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, daß das Auswertgerät einen Impulsgeber enthält, von dem mindestens zwei kennzeichnende Betriebsv/erte, nämlich die Impulsfolgefrequenz
und die Höhe der Impulse oder die Impulsfolgefrequenz und die Breite (Dauer) der Impulse oder die Höhe
und die Breite der Impulse in Abhängigkeit von den elektrischen Meßgrößen verändert v/ird. Dieser Impulsgeber ist mit Vorteil
als monostabiler Multivibrator ausgebildet, der in einer zu den Umdrehungen der Antriebswelle der Brennkraftmaschine synchronen
Folge" aus seinem stabilen Zustand in den Kippzustand gesteuert
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Stattgart
wird und v/ährend dieses Kipp zustand es einen elektr - isehen Impuls
liefert, dessen Dauer von den Meßwertgebern "beeinflußt
wird. In elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzanlagen
für Ottomotoren finden bereits monostabile MuIt!Vibratoren
Verwendung, deren Kippzustand in Abhängigkeit von Meßwertgebern beeinflußt wird· In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung besteht daher das Auswertgerät zumindest teilweise aus dem Steuergerät einer elektronischen Benzineinspritzeinrichtung,
die einen synchron mit der Antriebswellendrehzahl der Brennkraftmaschine uus seinem stabilen Zustand in seinen
Kippzus'tand gesteuerten monostabilen Multivibrator enthält und dessen Ausgangsimpuls nicht oder nicht nur zur Öffnung von Einspritzventilen
sondern zur Anzeige eines spezifischen Kraftstoffverbrauches verwendet wird· In diesem Fall ist für Kraftfahrzeuge
mit elektronischer Benzineinspritzung die Anordnung zur Messung des Kraftstoffverbrauches besonders einfach, · da der
Multivibrator zur Zumessung des einzuspritzenden Kraftstoffes bereits vorhanden ist, und nur seine Ausgangsimpulse zu einem
Wert verarbeitet v/erden müssen, der einem spezifischen Kraftstoffverbrauch eindeutig zugeordnet ist. Befindet sich das Meßgerät
für den Kraftstoffverbrauch in einem Kraftfahrzeug, so kann das Auswertgerät mit einem geringen Aufwand erstellt werden,
wenn die Ausgangsgröße des Auswertgerätes einem Meßwerk mit mehreren Anzeigeskalen zugeordnet ist, wobei· jede Skala
für eine konstante Antriebsübersetzung zwischen der Brennkraftmaschinendrehzahl und der Drehzahl der Antriebsräder des Kraftfahrzeuges
den auf eine konstante Fahrstrecke bezogenen Kraftstoffverbrauch anzeigt. Eine bequemere Ablesung des Kraftstoffverbrauches
ergibt sich dann,Wenn man nicht auf verschiedenen Anzeigeskalen suchen muß, sondern wenn in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung innerhalb des Auswertgerätes für jede 'Übersetzungsstufe
eine Umschaltung in der Art erfolgt, daß,die Anzeige
auf einer einzigen Skala für alle Antriebsübersetzungen
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ablesbar ist. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung
kann eine Umschaltung innerhalb des Auswertgerätes dadurch entfallen, daß anstelle der Drehzahl der Antriebswelle der Brennkraftmaschine
die Drehzahl der Antriebsräder des.Fahrzeuges als Meßgröße verarbeitet wird.
Ein sehr einfaches Auswertgerät läßt sich für ein Kraftfahrzeug verwenden, das mit mechanischer Kraftstoffeinspritzung arbeitet.
In diesem Falle ist die Auslenkung des Mengenstellwerkes der Einspritzpumpe, beispielsweise die Auslenkung einer Regelstange,
bereits- ein Maß für einen spezifischen Kraftstoffverbrauch.
Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den
nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen· Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung zur Messung des Kraftstoffverbrauches an einer Brennkraftmaschine, bei der der Kraftstoff
mit Hilfe einer Reiheneinspritzpumpe den Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine zugeführt wird,
Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines Auswertgerätes mit einem Impulsgeber,
Fig. 3 zeigt eine Ausführung eines Auswertgerätes, das besonders für Kraftfahrzeuge mit elektronischer Benzineinspritzung
geeignet ist,
Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild eines Auswertgerätes für ein Anzeigeinstrument mit mehreren Anzeigeskalen,
Fig. 5 zeigt den Stromlaufplan eine« Auswertgerätes mit einem
monostabilen Multivibrator einer elektronisch gesteuerten Benzineinspritzung und
Fig. 6 zeigt das Schaltbild einer vollständig digital arbeitenden Meßeinrichtung.
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In der Fig. 1 ist bei 10 eine Brennkraftmaschine angedeutet,
der mit Hilfe einer Einspritzpumpe 11 der Kraftstoff zugeführt wird. Die Einspritzpumpe 11 weist eine Regelstange 12 auf,
deren Stellung mit Hilfe eines bei 13 angedeuteten Potentiometers in einen elektrischen Meßwert umgeformt und einem Auswertgerät
H zugeleitet wird. Die zweite Eingangsgröße des Auswertgerätes 14 stellt eine Drehzahlgröße dar, die mit Hilfe
einer bei 15 angedeuteten Sachometermaschine gewonnen wird.
Das Auswertgerät 14 verarbeitet die beiden Eingangsgrößen zu einem Meßwert, der an einem Anzeigeinstrument 16 ablesbar ist.
Die Drehzahl, die mit η bezeichnet ist, kann entweder die Drehzahl
der Antriebswelle der Brennkraftmaschine 10 sein, oder in einem Fahrzeug die Drehzahl der Antriebsräder des Fahrzeuges.
Anstelle einer Drehzahl η und der Auslenkung der Regelstange können jedoch auch zwei andere den Kraftstoffverbrauch beeinflussende
Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine gemessen und einem jeweils daran angepaßten Auswertgerät zugeleitet werden.
j
Die Figuren 2 und 3 zeigen im Blockschaltbild zwei Ausgestaltungen
für Auswertgeräte. Das Auswertgerät gemäß Figur 2 enthält bei 20 einen Impulsgeber, dessen Ausgangsimpulse in
Abhängigkeit von zwei elektrischen Meßgrößen, nämlich einer
Drehzahlgröße η und einer Druckgröße ρ beeinfluß wird. Beispielsweise
soll in Abhängigkeit von η die Folgefreq.uenz des
Impulsgebers, in Abhängigkeit von ρ die Breite jedes vom Impulsgeber
gelieferten Impulses verändert werden. Die Ausgangsgröße des Impulsgebers 20 ist einem Integrator 21 zugeführt, dessen Ausgangsspannung sowohl von der Höhe der Ausgangsimpulse des Impulsgebers 20 als auch von deren Breite beeinflußt
wird. Damit die Ausgangsspannung des Integrators 21
schnell veränderliehen Vierten folgen kann, beginnt der Integrator
für jeden neuen Impuls von der Spannung ITuIl an zu
integrieren. Diese Eigenschaft ist durch einen seinem Inte-
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grationskondensator parallel geschalteten Schalter angedeutet. Die jeweils erreichte Höhe seiner Ausgangsspannung ist ein Maß
für den Kraftstoffverbrauch. Sie .wird an einem Spitzenv/ertgleichrichter
22 festgehalten und einer Anzeigeeinrichtung 23 zur Ablesung zugeleitet.
In der Figur 3 ist eine Ausführung eines Auswertgerätes gezeigt, die besonders für Kraftfahrzeuge mit elektronisch gesteuerter
Kraftstoffeinspritzung geeignet ist. Diese Anordnung enthält' einen monostabilen Multivibrator 30, der in einer zu den Umdrehungen
der Antriebswelle der Brennkraftmaschine oder der Antriebsräder eines Fahrzeuges synchronen Folge aus seinem
stabilen Zustand in den Kippzustand gesteuert wird und der während dieses Kippzustandes einen elektrischen Impuls liefert,
dessen Dauer von der Meßgröße ρ beeinflußt v/ird, die den Druck
im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine darstellt. Der Multivibrator 30 ist dabei identisch mit dem Multivibrator, der sich
in dem Steuergerät der elektronischen Benzineinspritzungsanlage befindet und dort für die Dauer eines Kippzustandes elektromagnetische
Einspritzventile öffnet. Da die Öffnungszeit der Einspritzventile von der Höhe der Batteriespannung, die an den
Einspritzventilen anliegt, abhängig ist, sind die Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators 30 eing* Totzeitstufe 31
zugeleitet. Die Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators
v/erden in der Totzeitstufe 31 um eine Totzeit T4. verkürzt, die
den Einfluß der spannungsabhängigen Ansprechzeit der Magnetventile kompensiert. Um anzudeuten, daß die Totzeit von der
Höhe der Batteriespannung abhängt, ist eine Batterie 32 gezeigt,
deren Ausgangsspannung ebenfalls dem Totzeitglied 31 zugeleitet sind. Die am Totzeitglied 31 auftretenden" Ausgangsimpulse
entsprechen somit genau den Öffnungszeiten der Einspritzventile. Die Öffnungszeit der Einspritzventile ist ein Haß für
den jeweils der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff. Um
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daraus einen Meßwert für einen Kraftstoffverbrauch abzuleiten,
wird die durch eine Impulsfolge dargestellte Größe in einer Multiplikationstufe 33 auf eine Bezugsgröße umgerechnet. Am
Ausgang der Multiplikationsstufe 33 tritt eine Impulsfolge auf,
bei der die Dauer jedes Impulses von dem Druck ρ im Ansaugsystem
der Brennkraftmaschine und die Höhe jedes Impulses von der Bezugsgröße abhängt. Als Bezugsgröße kann dabei eine Zeit oder
eine Wegstrecke eingegeben werden. Mit Hilfe einer Mittelwertstufe
34 wird aus der Impulsfolge am Ausgang der Multiplikationsstufe 33 ein zur Anzeige geeigneter Wert gebildet, der wiederum
der Anzeigevorrichtung 23 zugeleitet ist. Das Einführen der Bezugsgröße ist deswegen angezeigt, weil der monostabile Multivibrator
30 immer mit der Motordrehzahl angestoßen wird, da er
Teil des elektronischen Steuergerätes für die Benzineinspritzung
ist. Der bei 23 angezeigte Wert hätte dann nur Gültigkeit für
eine feste Übersetzungsstufe zwischen der Drehzahl der Antriebsmaschine und der Drehzahl der Antriebsräder eines Fahrzeuges.
Sobald jedoch ein Fahrzeug mit einer hydraulischen Anfahrkupplung oder einem hydraulischen Getriebe versehen ist, besteht
kein festes Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Dreh-, zahlen. ·
Figur 4 zeigt ein vereinfachtes Auswertgerät für Fahrzeuge mit
elektronischer Benzineinspritzung, die keine automatischen Kupplungen aufweisen, sondern wo jeweils durch einen eingelegten
Gang eines Stufenwechselgetriebes eine feste Übersetzungsstufe
zwischen Motor und Getriebe vorhanden ist. Diese Ausführung enthält
wiederum den monostabilen Multivibrator 30, der gleichzeitig die Öffnungsdauer von Einspritzventilen bei einer
elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzanlage bestimmt. Bei
einem festen Übersetzungsverhältnis entspricht jeweils -die
Breite eines Einspritzimpulses, abgesehen von den durch die Ansprechzeiten der Magnetventile entstehenden Fehler, dem Kraftstoffverbrauch.
Zur Messung der Breite jedes Ausgangsimpulses des monostabilen Kippschalters 30 wird ein Sägezahngenerator 40
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verwendet, dessen Ausgangsspannung zu Beginn eines jeden Impulses
bei dem Wert Null mit konstanter Steigung anzusteigen beginnt. Die Höhe, die seine Ausgangsspannung während jedes
Impulses erreicht, ist somit ein Maß für die Breite des jeweiligen Eingangsimpulses. Der Spitzenwert der Ausgangsspannung
am Sägezahngenerator 4-0 ist einem Spitzenwertgleichrichter 22 zugeleitet und wird dort festgehaltene Die Ausgangsspannung
des Spitzenwertgleichrichters 22 ist einem Meßgerät 41 zugeleitet, das mehrere Skalen, 42, 43 und 44 auf-™
weist, auf denen jeweils- für einen eingelegten Gang, einer · festen Übersetzungsstufe zwischen Motor und Getriebe, der
Kraftstoffverbrauch ablesbar ist.
In Figur 5 ist das Auswertgerät einer Kraftstoffmeßeinrichtung gezeigt, die für mit elektronischer Benzineinspritzung arbeitende
Motoren gedacht ist. Pur die Zumessung des einzuspritzenden Kraftstoffes ist ein teilweise stark vereinfachtes Schaltbild
eines elektronischen Steuergerätes 125 gezeigt, daß einen die beiden Transistoren T1 und T2 umfassenden monostabilen Multivibrator
enthält.
P Die 'Benz ine inspritz einrichtung nach Figur 5 ist zum' Betrieb
einer als Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienenden Vierzylinderbrennkraftmaschine 110 bestimmt, deren Zündkerzen 111 an eine
nicht dargestellte HochspannungsZündanlage angeschlossen sind.
In unmittelbarer Nähe der nicht dargestellten Einlaßventile der Brennkraftmaschine sitzt auf den zu den einzelnen Zylindern
führenden Verzweigungsstutzen des Ansaugrohres 112 je ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil 113· Jedem Einspritzventil
wird über eine der bei 114 angedeuteten Kraftstoffleitungen
aus einem Verteiler 115 Kraftstoff zugeführt. Der Kraftstoff wird im Verteiler und in den Leitungen 1H durch
eine bei 116 angedeutete, elektromotorisch angetriebene Pumpe
aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 118 angesaugt und einem dem
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Verteiler 115 vorgeschalteten Druckregler 117 zugeführt, der
die Aufgabe hat, den Druck des vor den Einspritzventilen anstehenden
Kraftstoffs auf einen praktisch konstanten Wert von etwa 2 atii zu halten. " · '·
Jedes der Einspritzventile 113 enthält eine nicht dargestellte
Magnetisierungswicklung, deren eines Ende, an Masse liegt,
während das andere Ende jeder der Wicklungen über Anschlußleitungen 119 mit einem von vier Widerständen 120 verbunden
ist. Die Y/iderstände 120 sind zusammen an den Kollektor eines
bei 121 dargestellten Leistungstransistors angeschlossen, der von einem im folgenden näher beschriebenen elektronischen
Regel- und Steuergerät über einen Transistorverstärker 122 mit rechteckförmigen Steuerimpulsen 123 bei jeder Umdrehung der
Kurbelwelle 124 versorgt wird und dabei einen die Einspritzventile
113 über die Dauer dieser Impulse- öffnenden Strom liefert. Zur Öffnungsdauer proportional 'ist die bei jedem Einspritzvorgang
in das Ansaugrohr und von dort in die Zylinder gelangende Einspritzmenge, diq den jeweiligen Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine angepaßt werden muß.
Das hierzu dienende Steuergerät 125 ist in Figur 5 mit 'unterbrochenen
Linien umrahmt und· besteht im wesentlichen aus einem
monostabilen Kippgerät, das einen ersten Kipptransistor T-j vom
pnp-Typ und einen zweiten Transistor T2 mit der gleichen Zonenfolge
enthält. Die Emitter beider Transistoren sind über eine Plusleitung 126 mit dem Pluspol einer als Betriebsstromq.uelle
dienenden, nicht dargestellten Fahrzeugbatterie mit einer Nennspannung
von 12,6 Volt verbunden. Vom Kollektor des ersten Transistors T1 führt ein Arbeitswiderstand 127 und vom Kollektor
des zweiten Transistors Tp ein Arbeitswiderstand 128 zu einer
gemeinsamen, mit Masse verbundenen Minusleitung 129, die an den
Minuspol der Fahrzeugbatterie angeschlossen ist.
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Im Ruhestand des Kippgeräts 125 wird der Transistor T1 durch
den von seiner Basis zur Minusleitung 129 führenden Widerstand 130 leitend gehalten; der Transistor T2 ist dann gesperrt.
Der instabile, die Öffnungsdauer der Magnetventile
bestimmende Kippvorgang des Kippgeräts wird dann eingeleitet, wenn der bei 131 angedeutete, mit der Kurbelwelle 124 umlaufende
Nocken den ihm zugeordneten Schaltarm 132 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder gegen seinen mit der Plusleitung
126 verbundenen Gegenkontakt drückt und daher den Steuerkondensator
133, der sich bis zu diesem Zeitpunkt über einen
mit der Plusleitung 125 verbundenen Widerstand 134'und einem
mit der Minusleitung 129 verbundenen Widerstand 135 aufladen konnte, an seiner negativ geladenen Elektrode mit der Plusleitung verbindet. Dadurch· wird der Transistor T1 gesperrt,
der Transistor T2 und zusammen mit ihm auch der Leistungstransistor
121 werden stromleitend und die Magnetventile 113 geöffnet. Die Magnetventile schließen dann wieder, wenn die Transistoren
T1 und Tg des monostabilen Kippgeräts in ihren ursprünglichen
Zustand zurückkehren.
Dieser Zeitpunkt richtet sich nach der Induktivität* der in den
Kollekt'orkreis des Transistors T2 eingeschalteten Primärwick-P
lung 137, die zusammen mit einer Sekundärwicklung 138 und einem
verstellbaren Eisenkern 139 einen Transformator bildet. Der Eisenkern 139 ist über ein Gestänge 140 mit der Membran einer
an das Ansaugrohr 112 angeschlossenen Druckdose I4I gekuppelt
und wird unter Verkleinerung der Induktivität um so weiter zwischen der Primär- und Sekundärwicklung herausgezogen, je
niedriger der im Ansaugrohr herrschende absolute Druck ist.
Die Sekundärwicklung 138 ist mit einem Wicklungsende an die
Basis des Transistors T1 und mit ihrem anderen Ende an den
Verbindungspunkt zweier zwischen der Plusleitung 126 und der
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Minusleitung 129 liegender Widerstände 143» 144 angeschlossen.
Sobald der Schaltarm 132 seinen Gegenkontakt berührt und über eine Diode 142 den Transistor T1 sperrt, kann der Transistor T?
einen über die Primärwicklung 137 fließenden Strom liefern, der
mit einer zur Induktivität umgekehrt proportionalen Geschwindigkeit ansteigt und in der .Sekundärwicklung 138 eine Spannung induziert,
die den Transistor Tp unabhängig von der weiteren
Stellung des Schaltarms 132 stromleitend hält, und zwar so lange,
bis der Strom in der Primärwicklung 137 annähernd den Sättigungswert erreicht hat. Die induzierte, den Transistor T1 über die
Diode 145 sperrende Spannung wird mit zunehmender Annäherung an diese Sättigung kleiner und sinkt schließlich soweit ab, daß die
negative, durch die Y/iderstände 143» 144 eingestellte Basisvorspannung am Transistor T1 überwiegt und den Transistor T1 in
seinen ursprünglichen, leitenden Zustand zurückkehren läßt. Sobald dies eintritt, wird der Leistungstransistor 121 gesperrt
und der Einspritzvorgang beendet.
Die am Kollektor des Transistors T2 auftretenden Impulse 123
dienen nicht nur zum Öffnen der Magnetventile 113, die während ihrer Öffnungszeit unter konstantem Vordruck stehenden Kraft- '
stoff xn die Saugrohrstutzen einsprühen, sondern ebenfalls zur Erzeugung einer Größe, die einen Kraftstoffverbrauch anzeigt.
Sie sind zu diesem Zweck dem Totzeitglied 31 zugeführt. Das
Totzeitglied 31 enthält einen Verzögerungstransistor T^, einen
Summiertransistor T. und einen zur Phasenumkehr und zur Verstärkung dienenden Transistor Tj-. Über die Reihenschaltung
von einem V/iderstand 160 und einem Kondensator 161 sind die Impulse 125 der Basis des Verzögerungstransistors T^ zugeführt.
Der Emitter des Transistors T^ liegt an der Masseleitung 129
und der Kollektor an der Plusleitung 126, die mit der Plusklemme der Fahrzeugbatterie verbunden ist. An den Anschlußpunkt
162 zwischen dem Kondensator 161 und dem V/iderstand 160 ist
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über einen Widerstand 163 die Basis des Summiertransistors T,
angeschlossen. Von der Basis des Summiertransistors T, führt weiterhin ein Y/iderstand 164 an den Kollektor des Verzögerungstransistors Τ., und ein Widerstand 165 an die Masseleitung 129..
Der Emitter des Summiertransistors T. ist wiederum an die Masseleitung 129 angeschlossen und sein Kollektor über einen-Widerstand
166 an die Plusleitung 126 geführt. An den Kollektor des Summiertransistors T, ist weiterhin ein Spannungsteiler angeschlossen,
der aus den Widerständen 167 und 168 besteht und zur ^ Masseleitung 129 führt. An den Abgriffspunkt des von den Y/ider-™
ständen 167 und 168 gebildeten Spannungsteilers ist die Basis
des Transistors Tr angeschlossen. Der Emitter des Transistors T^
ist ebenfalls an die Minusleitung 129 angeschlossen. Der Verzögerungstransistor T- führt in seinem stationären Zustand Strom,
denn er ist über einen Widerstand 169 an die Anode einer Zenerdiode
170 angeschlossen, deren Kathode an der Plusleitung 126 liegt und deren Anode außerdem über einen Widerstand 171 an die
Minusleitung 129 angeschlossen ist. Der Kollektor des Verzögerungstransistors
liegt über einen Widerstand 173 an der Plusleitung 126. Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen:
Der negative Impuls 123 entsteht dadurch, daß der im Ruhezu-Il
stand leitende Transistor T2 für die Dauer des Kippzustandes
des Multivibrators gesperrt wird. Solange der Transistor Tp
stromführend ist, kann sich der Kondensator 161 über die Widerstände 160 und 169 auf die Zenerspannung der Zenerdiode .170
aufladen. Die positive Spannung am Kollektor des stromführenden Transistors Tp wird ferner über die Widerstände 160 und I63 auf
die Basis des Summiertransistors T. übertragen, so daß sich dieser ebenfalls im stromleitenden Zustand befindet, obwohl
er an den Anschlußpunkt des aus den Widerständen 165 und 164 gebildeten Spannungsteilers angeschlossen ist, der ohne den Anschluß
der Widerstände 160 und I63 seiner Basis eine negative
Vorspannung zugeführt, die den Transistor sperrte. Tritt nun
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am Kollektor des Transistors T2 ein. negativer Impuls auf, so
überträgt sich dieser negative Impuls über die Widerstände 160 und 163 auf die Basis des Summiertransistors T, und will
diesen sperren und überträgt sieh ferner über den Widerstand 160 und den Kondensator 161 auf die Basis des Verzögerungstransistors
T7. Da sich die Spannung am Kondensator 161 nicht
sprungartig ändern kann, wird der Transistor T7 von dem Impuls
125 zunächst gesperrt. Erst wenn sich der Kondensator 161 soweit
umgeladen hat, daß an der Basis-Emitter-Strecke des Verzögerungstransistors Τλ. wieder eine positive Spannungsdifferenz
zu wirken beginnt, kehrt dieser in seine Ausgangslage zurück. Solange jedoch der Transistor T7 gesperrt ist, wird dem Transistor
T. über die Widerstände 164 und 173 eine so hohe positive
Spannung zugeführt, daß sich der negative Impuls 123 in seiner Basis noch nicht auswirken kann, um ihn zu sperren. Der Transistor
T. wird während der Impulsdauer des Impulses 123 erst dann gesperrt, wenn der Verzögerungstransistor T., wieder in
seine Ausgangslage zurückgekehrt ist. Am Kollektor des Summiertransistors T^ und damit auch am Kollektor des Transistors T1- ■
treten Impulse auf, die um die Verzögerungszeit des Transistors T7 kürzer sind als-die Impulse 123. Diese Verzögerungszeit, die
auch als Totzeit Tt bezeichnet wurde, wird durch die elektrischen Werte der Widerstände 160 und 169, sowie des Kondensators 161 bestimmt.
Die Höhe der Impulse 123 ist durch die Höhe der Batteriespannung
+üb bestimmt. Mit der Höhe der Impulse 123 ändert sich auch die Umladezeit des Kondensators 161, und damit die Verzögerungszeit
des Verzögerungstransistors T.,,
In der Multiplizierstufe 33 wird nun eine Spannung XTn erzeugt,
deren Höhe von der Drehzahl n, die diesem Beispiel als Bezugsgröße gov/ählt ist, abhängt α 1st die Drehzahl η die Drehzahl des
Rades eines Fahrzeuges, so ist die Bezugsgröße ein Weg und der Kräfteίoffverbrauch ist auf eine Wegstrecke bezogen. Zur Er-
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zeugung einer positiven Impulsfolge, die der Drehzahl n proportional
ist, drückt ein umlaufender Hocken 131a einen ihm zugeordneten Kontaktarm 132a periodisch gegen einen mit der
Plusleitung 126 verbundenen Gegenkontakt. Solange der Sjchaltarm
132a den Gegenkontakt nicht berührt, kann sich der Kondensator 133a über die Widerstände 135a und 134a aufladen. Sobald
der Kontaktarm 132a den Gegenkontakt berührt, wird die
auf negatives Potential aufgeladene Elektrode des Kondensators 133a mit der Plusleitung 126 verbunden. Der dadurch entstehen-.
de positive Spannungssprung überträgt sich über die Diode 142a
™ als positiver Impuls auf den Eingang der MuItiplikationsstufe
33· Die Multiplikationsstufe enthält einen ersten Transistor Tr,
einen Konstante tr omtransis tor Tr, und einen Emitt erfolger-Transistor
Tg. Die Basis des ersten Transistors Tg ist über einen
Widerstand 180 an die Minusleitung 129-angeschlossen, sein
Emibter liegt unmittelbar an der Minusleitung 129. Zwischen
der Plusleitung 126 und der Minusleitung 129 ist ein aus drei Widerständen 181 , 182 und T83 gebildeter Spannungsteiler gelegt;
zwischen den Widerständen 181 und 182 befindet sich der Abgriffspunkt 184 und zwischen den 7/iderständen 182 und 183
der Abgriffspunkt 185. Eine Zenerdiode 186 ist mit ihrer Anode an den Abgrix'fspunkt 184 und mit ihrer Kathode an die Plus-
^ leitung 126 angeschlossen. An den Abgriffspunkt 185 ist die
Basis des Konstantstromtransistors Ty angeschlossen. Der
Emitter des Konstantstromtransistors T7 ist über einen Widerstand
187 mit der Plusleitung 126 verbunden·und über einen
Kondensator 188 mit der Minusleitung 129. An den Kollektor des Konstantstromtransistors T7 ist ferner über eine Diode 189
und einen Widerstand 190 der Kollektor des ersten Transistors Tg
angeschlossen. Dabei ist die Anode der Diode 189 an den Kollektor
des Konstantstromtransistors T7 angeschlossen. Zwischen der
Plusleitung 126 und einem im Bezugspunkt 19I ist die Parallelschaltung
aus einem Kondensator 192 und einem Widerstand 193
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gelegt und der Bezugspunkt 191 stellt über eine Diode 194 mit dem
Kollektor des Konstantstromtransistors T7 in Verbindung, wobei
an den Kollektor des Konstantstromtransistors die Anode dieser Diode angeschlossen ist. An den Bezugspunkt 191 ist ferner die
Basis des Emitterfolger-Transistors To angeschlossen. Der
Kollektor des Emitterfolger-Transistors TQ liegt an der Plusleitung
126 und sein Emitter liegt über einen Widerstand 195 an der Minusleitung 129. Die beschriebene Anordnung arbeitet
folgendermaßen: Pur die Dauer jedes positiven Impulses wird
der erste Transistor Tg eine durch die volle Aufladung des
Kondensators 133a bestimmte Zeit geöffnet. Solange der erste
Transistor Tg geöffnet ist, kann sich der Kondensator 188 über
die Diode 189 und den Widerstand 190 über den ersten Transistor
Tg entladen. Die Entladezeitkonstanten sind dabei so bemessen,
daß die Entladung etwa vollständig stattgefunden hat, bevor der
Transistor Tg wieder sperrt. Über den Konstantstromtransistor T7
beginnt nach der Entladung des Kondensators 188 die Spannung an diesem von Null an linear anzusteigen, bis der Kondensator 1ö8
über den Transistor Tg wiederum entladen wird, der von einem
neuen Impuls an seiner Basis wiederum für die Dauer dieses Impulses geöffnet wird. Der Spitzenwert, auf den sich der Kondensator
188 jeweils auflädt, wird über die Diode 194 auf den Kondensator 192 übertragen. Die Höhe der am Punkt 19I liegenden
Spannung ist somit der Impulsfolgefrequenz an der Basis des
ersten Transistors T/- umgekehrt proportional. Diese -Spannung'
wird über den Emitterfolger-Transistor auf den Widerstand 195
übertragen. Der Kollektor des Emitterfolger-Transistors Tg ist
über ein Meßinstrument 196 und einen Widerstand 197 an den
Kollektor des Transistors T,- angeschlossen. Ferner kann ein Glättungskondensator 198 vorhanden sein, der zwischen der Minusleitung
129 und dem Anschluß zwischen Y/iderstand 197 und Meßgerät
196 liegt. Zwischen dem Kollektor des Transistors T^ und
dem Emitter von Tq ist somit eine Impulsfolge abnehmbar, deren
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Impulsbreite von der Menge des eingespritzten Kraftstoffes und deren Impulshöhe von der jeweiligen Bezugsdrehzahl η
abhängt. Der Mittelwert dieser Impulsfolge ist die gesuchte Größe, die in einer festen Beziehung zu dem spezifischen auf
die Drehzahl η bezogenen Kraftstoffverbrauch steht. Der Wider-
und
stand 197/der Kondensator 198 dienen dabei lediglich zur Glättung, damit sich vom Instrument 196 anzeigbare Werte ergeben. In Fahrzeugen wird die Drehzahl η in vorteilhafter Weise als Drehzahl der Antriebsräder des Kraftfahrzeuges eingeführt, um einen auf eine feste Wegstrecke bezogenen Kraftstoffverbrauch zu erhalten.
stand 197/der Kondensator 198 dienen dabei lediglich zur Glättung, damit sich vom Instrument 196 anzeigbare Werte ergeben. In Fahrzeugen wird die Drehzahl η in vorteilhafter Weise als Drehzahl der Antriebsräder des Kraftfahrzeuges eingeführt, um einen auf eine feste Wegstrecke bezogenen Kraftstoffverbrauch zu erhalten.
In der Figur 6 ist das Blockschaltbild eines vollständig digital
arbeitenden Auswertgerätes gezeigt, das aus gebräuchlichen Digitalbauteilen aufgebaut ist. Bei 210 ist ein mit konstanter
Frequenz schwingender Oszillator angedeutet. Ein astabiler Multivibrator ist besonders als derartiger Oszillator geeignet.
Seine Frequenz liegt wesentlich über der Frequenz der Impulsfolge 123, die in korrigierter Form am Ausgang des Totzeitgliedes
31 abnehmbar ist. Der Ausgang des Oszillators 210 ist mit dem einen Eingang eines Tores 211 verbunden. Das Tor 211 wird
von den am Ausgang des Totzeitgliedes 31 geöffnet bzw. geschlossen.
Am Ausgang von 31 sind Impulse abnehmbar, deren Länge der
Dauer proportional ist, während der effektiv Kraftstoff eingespritzt wird. Der Ausgang des Tores 211 ist an den Eingang eines
ersten Zählers 212 angeschlossen, so daß bei geöffnetem Tor .211
die Impulse des Oszillators 210 vom ersten Zähler 212 gezählt. werden. Der erste Zähler 212 weist einen Rückstelleingang 213
auf. Der Zählerstand des ersten Zählers 212, der eine in Paralleldarstellung
auftretende binäre Zahl darstellt, ist über eine Mehrdrahtverbindung 214 entsprechend der Stellenzahl dieser
binären Zahl einem Speicher 215 zugeleitet. Der Speicher 215 speichert die von der Mehrdrahtverbindung 214 übermittelten
V/erte nur dann, wenn er über einen Steueranschluß 216 dazu
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einen Befehl erhält. Ein dem Steueranschluß 216 zugeleiteter
Steuerbefehl wird von einem zweiten Zähler 217 erzeugt, der ebenfalls einen Rückstelleingang 213 aufweist. Der zweite
Zähler 217 erhält eine der Bez-ugsgröße der Kraftstoffverbrauchsmessung
proportionale Impulsfolge an seinem Eingang, die beispielsweise vom Tachometer oder von einem Antriebsrad
abnehmbar ist. Zur Erzeugung der Impulsfolge ist ein Exenter 218 angedeutet, der mit einer Drehzahl η angetrieben»wird
und bei jeder Umdrehung einen Kontakt 219 schließt. Der Ausgang
des zweiten Zählers 217 ist über ein Zeitverzögerungsglied 220 an die beiden Rückstelleingänge 213 der Zähler 212 und
angeschlossen. Die Ausgänge des Speichers 215 sind über eine
weitere Mehrdrahtverbindung 221 an einen Digital-Analog-Wandler
222 angeschlossen, der aus der binären im Speicher 215 anstehenden
Zahl einen analog anzeigbaren Wert erzeugt. Die Anzeige des analogen Meßwertes erfolgt mit Hilfe des Instrumentes
223. ·
Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen:
Das Tor 211 wird von 31 her so lange geöffnet., als Kraftstoff
eingespritzt wird. Diese Öffnungsdauer wird von den Oszillatorimpulseri
des mit konstanter Frequenz schwingenden Oszillators ausgetastet, so daß die Anzahl der am ersten Zähler 212 auftretenden Impulse jeweils der Dauer der effektiven Einspritzzeiten
proportional ist. Der erste Zähler 212 zählt die an seinem Eingang auftretenden Impulse über einen Zeitraum, der
von dem zweiten Zähler 217 festgelegt wird. Über den zweiten Zähler 217 wird somit die Bezugsgröße, auf die der Kraftstoffverbrauch
bezogen ist, eingeführt. Anstatt als Bezugsgröße unmittelbar
den Abstand zwischen zwei von den Exenter 218 erzeugten Bezugsimpulsen zu verwenden, wird eine konstante am zweiten
Zähler 217'einstellbare Anzahl dieser Bezugsimpulse als Bezugsgröße verwendet. Mit dieser Maßnahme läßt sich die Anzeigege-
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nauigkeit verbessern, da der Wert der jeweils verwendeten Bezugsgröße dadurch vergrößert wird. Erscheint am Ausgang
des zweiten Zählers 217 ein Signal, so wird über den Steueranschluß 216 des Speichers 215 ein Steuerbefehl gegeben1, daß
der von der Mehrdrahtverbindung 214 übertragene Zählerstand des ersten Zählers 212 eingespeichert wird* Gleichzeitig ist
das Ausgangssignal des zweiten Zählers 217 dem. Zeitverzögerungsglied
220 zugeleitet. Nach der für das Zeitverzögerungsglied charakteristischen Verzögerungszeit T. tritt an seinem Ausgang
ein Signal auf, das über die beiden Rückstelleingänge 213 die beiden Zähler 212 und 217 auf UuIl stellt« Jeder der im Speicher
215 eingespeicherten Zählerstände ist der gesamten Einspritzzeit, die durch die Oszillatorimpulse ausgezählt als
digitaler Wert vorliegt, während der Dauer einer Bezugszeit proportional. Die gesamte Einspritzzeit setzt sich dabei aus
einer Summe von einzelnen Einspritzzeiten den Öffnungszeiten der Magnetventile, zusammen. Der Zählerstand bleibt so lange
im Speicher 215 erhalten, bis über den Steuereingang 216 der neue Zählerstand des ersten Zählers 212 eingespeichert wird.
Mit Hilfe des Digital-Analog-Wandlers 222 wird der jeweilige
Stand des Speichers 215 in einen am Instrument 223 ablesbaren Wert umgeformt. Dieser Wert ändert sich nach jeder Neueinspeicherung
und bleibt zwischen zwei Speichervorgängen konstant, also für die Dauer einer Bezugsgrößeneinheit, die durch
den zweiten Zähler 217 festgelegt ist.
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Claims (12)
1./Anordnung zur kontinuierlichen Messung und Anzeige des
Kraftstoffverbrauches von Brennkraf+maschinen, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens zwei den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierende Größen, nämlich
. die Drehzahl der der Antriebswelle der Brennkraftmaschine und die Drosselklappenstellung oder die Drehzahl und der
Druck im Ansaugsystem oder der Druck im Ansaugsystem und die Stellung der Drosselklappe mit Hilfe von Meßwertgebern
in elektrische Größen umgewandelt, einem elektronischen Auswertgerät zugeführt und dort zu einer dem
Kraftstoffverbrauch eindeutig zugeordneten Ausgangsgröße, insbesondere einem elektrischen Strom oder einer elektrischen
Spannung, verarbeitet werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Auswertgerät einen Impulsgeber enthält, von dem mindestens zwei kennzeichnende Betriebswerte, nämlich die Impulsfolgeire^uenz
und die .Höhe der Inipulse oder die Impuls, i'olgefrequenz und die Breite (Dauer) der Impulse oder die
Höhe und die Breite der Impulse in Abhängigkeit von den
elektrischen Ließgrößen verändert wird.
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3. Anordnung nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Impulsgeber als monostabiler Multivibrator ausgebildet ist, der in einer zu den Umdrehungen der Antriebswelle der
Brennkraftmaschine synchronen Folge aus seinem stabilen Zustand in seinen Kippzustand gesteuert wird und während
dieses Kippzustandes einen elektrischen Impuls liefert,
* dessen Dauer von den Meßwertgebern beeinflußt wird.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als 'Auswertgerät zumindest teilweise das Steuergerät (125)
einer elektronischen Benzineinspritzung verwendet wird, · die einen synchron mit der Antriebswellendrehzahl der
Brennkraftmaschine aus seinem stabilen Zustand in seinen Kippzustand gesteuerten monostabilen Multivibrator
(T-, Tp) enthält, und dessen Ausgangsimpulse nicht zur
fc Öffnung von Einspritzventilen sondern zur Anzeige eines spezifischen Kraftstoffverbrauches verwendet werden.
5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4 für die Messung des Kraftstoffverbrauches in Kraftfahrzeugen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Auswertgerätes einem Meßwerk (41) niit mehreren Anzeigeskalen
(42, 43, 44) zugeleitet ist, und daß jede Skala für eine konstante Antriebsübersetzung zwischen der Brenn-
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kraftmaschinendrehzahl und der Drehzahl der Antriebsräder des Kraftfahrzeuges den auf eine konstante Fahrstrecke
bezogenen Kraftstoffverbrauch anzeigt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb des Auswertgerätes für jede Übersetzungsstufe
eine Umschaltung in der Art erfolgt, daß die Anzeige auf einer einzigen Skala für alle Antriebsübersetzungen ablesbar
ist.
7. Anordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Drehzahl der Antriebswelle der. Brennkraftmaschine die Drehzahl der Antriebsräder des !Fahrzeuges
als Meßgröße verarbeitet wird.
en.
8. Anordnung nach Anspruch 1 und den Anspruch/5 bis 7» für
eine Brennkraftmaschine mit einer Einspritzpumpe, die zur Dosierung der Einspritzmenge eine Regelstange aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgröße für den spezifischen Kraftstoffverbrauch die Auslenkung der
Regelstange (12) verarbeitet wird.
9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3 für Fahrzeuge mit
elektronisch gesteuerter Benzineinspritzung, bei der das ■
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Steuergerät für die Zumessung des Kraftstoffes einen monostabilen Multivibrator enthält, dessen Kippzeit abhängig
von den Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine elektromagnetische Einspritzventile öffnet, dadurch gekennzeichnet,
daß der monostabile Multivibrator (T-j, T2) des Steuergerätes
(125) gleichzeitig als monostabiler Multivibrator des Auswertgerätes dient.
10. Anordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß
zur Erzeugung eines Impulses, dessen Dauer der jeweils abgespritzten Kraftstoffmenge der Magnetventile proportional
ist, der Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators (T.J, T2) einer Korrekturschaltung (31) zugeführt ist, deren
Ausgangsimpulse um einen spannungsabhängigen Betrag, der den Ansprechzeiten der Magnetventile entspricht, verkürzt
ist gegenüber dem Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators.
11.Anordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Multiplizierstufe (33) vorhanden ist, in der die Höhe der Ausgangsimpulse der Korrekturschaltung (31) in
Relation zu einer Bezugsgröße gebracht wird, auf die der Kraftstoffverbrauch für die Messung gebracht wird.
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12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Korrekturschaltung einen Eingangstransistor (T,)
enthält, in dessen Basisstromkreis sich ein Ladekreis (161) befindet, der den Eingangstransistor (T^) bei jedem
Eingangsimpuls (123) für eine von der Höhe des Eingangsimpulses abhängige Zeitspanne sperrt und daß der
Ausgangsimpuls des Eingangstransistors und unmittelbar der Eingangsimpuls über Widerstände (163, 164) der Basis
eines Summiertransistors (T,) zugeleitet sind, wobei der Sümmiertransistor (T.) erst dann durchschaltet, wenn der
. Kondensate^ 161) den Leitfähigkeitszustand des Eingangstransistors (T.,) nicht mehr beeinflußt.
13-O Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Multiplizierstufe (33) die Bezugsgröße -Raddrehzahl oder Zeitspanne- in Impulsen zugeführt ist, daß für die
Dauer jedes Bezugsimpulses ein Sägezahngenerator eingeschaltet
ist, wobei die Höhe der Augenblicksspannung des Sägezahngenerators am Ende jedes Bezugsimpulses als analoge
Große des Bezugsimpulses mit Hilfe mindestens eines Analogspeichers festgehalten v/ird.
14· Anordnung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß
der Sär~ hngenerator aus einer Konstantstromquelle (T7),
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die einen Kondensator (188) auflädt, besteht.
15· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet-, daß das Auswertgerät einen mit konstanter Frequenz schwingenden
Oszillator (210) enthält, dessen Ausgang nach Passieren eines Tores (211) einem ersten Zähler (212)
zugeleitet ist, wobei das Tor (211) von dem Ausgang des Totzeitgliedes (31) gesteuert ist, daß der Zählerstand
des ersten Zählers (212) einem Speicher (215) zugeleitet
ist, daß die Ausgangsgröße des Speichers (215) über einen Digital-Analog-Wandler (222) einem Instrument
zugeleitet ist, wobei der Speicher einen Steueranschluß
(216) aufweist, der an den Ausgang eines zweiten Zählers
(217) angeschlossen ist und daß der zweite Zähler (217) die Impulse eines mit der Drehzahl η angetriebenen Exenters
(218) zählt und nach einer jeweils vorbestimmten
^ Impulszahl einen Ausgangsimpuls abgibt, der nach Passieren
eines Zeitverzögerungsgliedes (220) beide Zähler (212 und 217) auf Null stellt.
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