DE2231109C2 - Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung /ur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei Hrennkraitmaschinen, mit einem zur Brennkammer fuhrenden Luftansaugkanal, mit mindestens einer Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Luftansaugkanal, mit einer Steuereinrichtung /um Öffnen lind Schließen der Einspritzvorrichtung, einer Klappe zum Regeln der Luftzufuhr in den Luftansaugkanal, einem Impulsgsncrator zur Erzeugung von Synchronisierimpulsen, deren Frequenz proportional der iJieh/.ahl des Motors ist, und mit einem elektronisehen different ie Ilen lonisations-Durehfkißmengenrnesser, dereine erste und Emitterelektrode und eine zweite unti Koückiorclcklioclc aufweist, die im LuItansaugkanal im Abstand voneinander, isoliert gegeneinander und von der Wandung isoliert angeordnet sind, der durch die Synchronisierimpulse erregt is! und einer Integrierstufc zugeordnet ist. die ein Signal liefert, das propotional der Durchflußmenge an Verbrennungsluft ist, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen, deren Dauer proportional der Durchflußmenge ist, und mit einer Einrichtung zum betätigen der Steuereinrichtung fur das Öffnen und Schließen der Einspritzvorrichtung durch diese in ihrer Dauer modulierten Impulse. ·

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichuingmitden vorstehend genannten Merkmalen ist bereits in der deutschen Patentanmeldung P 2 116003.2 vorgeschlagen worden. Bei dieser Vorrichtung wird die Steuerung der Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennkammern der Motorzylinder mit Impulsen bewirkt, deren Dauer durch Signale bestimmt ist, die von der Luftmenge, die pro Zeiteinheit vom Motor angesaugt wird und uber mehrere Arbeitszyklen gemittelt wird, und von der Motortemperatur abhängt. Es ist bekannt, daß, abgesehen von der Temperatur der Zylinder, die insbesondere bei einem kalt gestarteten Motor in Betracht gezogen werden muß, ein einziger Parameter die Dauer vollständig bestimmt, welche die Einspritzung im Verläufe eines Betriebszyklus haben muß. Dieser Parameter ist die anfallende Luftmenge im Einlaßstufzen. Wenn die vom Gashebel gesteuerte 1 uftkhppe in einer bestimmten Stellung ist, ist die anfallende Luftmenge eine Im ire Funktion der Geschwindigkeit des Motors, und variiert nur in einem relati\ sehmalen Band. Wenn der Fußgashebel gedruckt wird, um einer Erhöhung der Belastung des Motors Rechnung zu tragen, wenn '-ilso die Luftklappe im ' uftansaugkanal noch mehr geöffnet wird, gelangt bei jedem Ansaughub der Kolben eine größere Luft-■i>:: :..c ι π die Zylinder, wie auch mehr Kraftstoff ver-.Jtunnt werden muß. um die gewünschte Energie zu erhalten. Vermindert sich die Belastung und wird der l.uft/ufluß verringert, muß auch die Zufuhr an Kraftstoff vermindert werden, um die Erzeugung von 1111-verhrannten Kohlewasserstoffen zu vermeiden.

Die Geschwindigkeit des Motors wird mittels eines Impulsgenerators gemessen, der einen Permanentmagneten, der auf einer vom Motor angetriebenen Welle angeordnet ist, und einen elektromagnetischen Empfänger in Form einer Spule aufweist, die in der Nahe der Welle angeordnet ist und periodisch durch den Magnet erregt wird. Wie ebenfalls bereits bekannt ist. können mehrere Spulen, deren Zahl gleich der Zylinderzahl des Motors ist (beispielsweise vier) in gleichmäßigen Abstanden um die Motorachse herum angeordnet sein und nacheinander erregt werden und die miteinander verflochtenen Arbeitszyklen der Kolben bestimmen. In einem solchen Arbeitszyklus kann die Einspritzung des Kraftstoffes in den Ansaugstutzen genau vor der Öffnung des Einlaßventils eines Zylinders /u Beginn eines Ansaughubes des Kolbens erfolgen.

Bei dem in der vorstehend erwähnten deutschen Patentanmeldung beschriebenen System besieht die .Meßvorrichtung fur die Menge der zur Verbrennung eingegebenen Luft aus einer Vorrichtung zur Ionisierung dieser Luft durch Koronawirkun? zwischen einei scheibenförmigen Anode und einer aus einem koaxia' zur Scheibe schraubenförmig gewundenen WidersUndsdrah? oestchenden Kathode. Dadurch, daß die Anode in dem Luftstrom liegt, verursacht sie Turbulenzen, welche die Messungen stören, und es hat sich gezeigt, daß der die ionisierte Luft durchfließende Strom nicht proportional der Luftdurchflußmenge isi und eine Korrektur des von der Vorrichtung gelieferten Meßwertes erforderlich ist.

Außerdem ist der Aufbau des Ionisationsmeßgeräles nach der erwähnten älteren Patentanmeldung abweichend, weil die Kathode eine Spirale ist. Bei fehlender Luftströmung verläuft der Strom des Ionenausstoßes in der Ebene der Anodenscheibe, zwischen

clem in dieser Ebene liegenden Punkt der Spirale und dem Scheibenpunkt, der dem zuletzt genannten Punkt am nächsten liegt. Jeder Luftströmungsgeschwindigkcil entspricht eine Entfernung zwischen dem Scheihenpunkt, von welchem der Abgabestrom ausgeht. und dem Spiralpunkt, an dem er eintrifft. Daraus ergibt sich, daß bei einer wechselnden Luftströmungsgeschwindigkeit die Hahn des Ioncnstromcs in der Luft sich verlängert und sich um die Achse des Ansaugrohres dreht. Für eine vorgegebene Luftstromungsgeschwindigkeit verlauft der Abgabestrom in einer bestimmten Radialebene. Dieser Umstand ist nicht geeignet, einen mittleren Wert für die Luftströmungsgeschwindigkeit /.u erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußmengenmesscr für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, der anzeigeempfindlicher ist und linearer arbeitet als der vorstehend erwähnte Durchflußmengenmesser.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß sich die Elektroden in Achsrichtung des Luftansaugkanals erstrecken, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die dem Ionenfluß die Form eines im wesentlichen flachen Strahles gibt, dessen Hauptrichtung senkrecht zur Längsachse des Luftansaugkanals gerichtet ist, so daß der Ioncnfluß auf der Kollektorelektrode zwei Teile bestimmt, deren Widerstandsverhältnis von der Luftströmungsgeschwindigkeit im Luftansaugkanal abhängt.

Die zentrale Anode hat die Form eines langgestreckten Drahtes und ist von einem Paar von Rohrlcitern umgeben, die zum Beschleunigen der Ionen dienen und die in Axialrichtung in der Mitte oder nahe der Mitte der Elektrodenstruktur voneinander getrennt sind, um eine Übertrittsstelle fur die Ionen, die sich in den Rohrleitern angesammelt haben, zu der die Elektrodenstruktur umgebenden Kathode zu schaffen. Die Rohre sind über einen hochohmigen Ableitwiderstand (beispielsweise in der Größenordnung von 10'" Ohm) mit Masse oder einem anderen festen Potentialpunkt verbunden. Die Rohrleiter bilden eine Sekundärelektrode, indem sie sich rasch infolge des Austausches von Elektronen und von Kationen mit diesem Draht auf ein Potential aufladen, das nahe dem Potential des Anodendrahtes ist. So Ijjldet sich in jedem Rohrleiter eine Ionenwolke, die durch das negative Potential der Kathode zum Zwischenraum zwischen den Rohrteitern gezogen wird und die, wenn sie aus diesem Zwischenraum austritt, in axialer Richtung durch die bewegte Luft versetzt wird bevor sie von der Kathode gefangen wird.

Die Länge des von den Rohrleitern umgebenen Drahtes ist nicht kritisch. Inder Praxis kann die Anodenstruktur die gleiche axiale Abmessung wie die Kathode, die sie umgibt, oder aber auch eine größere Abmessung haben. Die Innendurchmesser und Außendurchmesser der Rohrleiter sollten ein Vielfaches größer sein als der Durchmesser des Drahtes, beispielsweise das Zehntausendfache oder Hunderttausendfache betragen, damit um die Sekundäranoden herum kein Koronaeffekt auftreten kann, wenn der Draht auf einem Ionisationspotential liegt.

Wie bei dem früher vorgeschlagenen System wird die Ionisationselektrode (Anode) des Durchflußmen_eenmessersperiodisch erregt, um in dem Differentialausgangskreis ame Folge kurzer Meßimpulse zu erzeugen. Die lonisationsimpulse werden vorzugsweise von der gleichen Impulsquelle erzeugt, die Zündimpulse fin die Zündkerzen der Motorenzylinder liefert, also durch den Hochspannungstransformator, der mit dem Impulsgenerator des Motors verbunden ist. Die resultierenden Meßimpulse werden integriert, um eine Steuerspannung zu liefern, die einer Vergleichsstufe zugeführt wird, die außerdem eine Hezugsspannung mit progressiver Variation empfängt. Wenn die Vergleichsstu/e die Gleichheit dieser beiden Spanto nungen feststellt, schaltet sie eine Kippstufe oder ei nen bistabilen Multivibrator in seine Ruhestellung, die bzw. der vorher durch einen vom Impulsgenerator gelieferten Zeitgeberimpuls in seine Arbeitsstellung gebracht worden ist. So ist die von der Kippstufe in ihrer

is Arbeitsstellung gemessene Zeit eine Funktion der Luftmenge, die von dem vorher beschriebenen Durchflußmengenmesser erfaßt worden ist. Diese Funktion kann durch einen tempeiaturabhängigen Widerstand beeinflußt werden, der sich mit der

ao Motortemperatur in der Nähe der Verbrennungskammer ändert und der in die Verbindung zwischen der Impulsintegrierstufe und der Vergleichsstufe gelegt ist. Die Einspritzvorrichtung ist ein zweistufiger Typ. wie er in der eingangs genannten Patentanmeldung

»5 beschrieben ist, und sie wird in der Arbeitsstellung der Kippstufe betrieben, wobei mehrere, unterschiedlichen Zylindern zugeordnete Einspritzvorrichtungen auf ähnliche Weise in einer vielphasigcn Beziehung durch mehrere Kippstufen und mehrere Vergleichsstufen gesteuert werden können, wobei letztere von der gleichen integrierten und von dem gemeinsamen Durchflußmengenmesser gelieferten Spannung versorgt werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der mit dem Motor synchronisierte Impulsgenerator einen Durchflußmcngenmesser vom vorher beschriebenen 1 vp aufweisen, der aber dauernd erregt und am Eingang eines bestimmten Zylinders zur Erzeugung einer Ausgangsspannung angeordnet ist, die sich mit der Menge von pulsierender und durch den Zylinder angesaugter Luft ändert. Diese Ausgangsspannung kann durch Differentiation und Gleichrichtung in an sich bekannter Weise in einen Zeitgeber-Impulszug umgewandelt werden, der mit der Kolbenbewegung dieses Zylinders synchronisiert ist.

Den Gegenstand der Erfindung ausbildende Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.

Im einzelnen zeigt

Fi g. I einen Schnitt durch die Einspritzvorrichtung einer mit einem Einspritzsystem gemäß der Erfindung ausgebildeten Brennkraftmaschine, F i g. 2 die schematische Darstellung einer logischen Schaltung und anderer Komponenten, die zu dem Einspritzsystem gemäß der Erfindung gehören,

Fig. 3 eine im wesentlichen der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit einer abgewandelten Ausführungsform des Erfindungsgegenständes, Fi g. 4 die elektrische Schaltung eines erfindungswesentlichen Teiles des Systems.

Die Figuren sind teilweise die gleichen wie in der eingangs genannten Patentanmeldung. Die teilweise dargestellte Brennkraftmaschine dient zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges klassischer Bauart. Der Fahrersitz dieses Fahrzeuges ist mit einem üblichen Gaspedal 21 versehen, das gegen die Kraft einer Rückstellfeder 306 niedergedrückt werden kann und mit der Achse

305 eines Drosselventils oder einer Klappe 304 verbunden ist, die in einem eingeschnürten Anschnitt 303 eines Liiflansaug- oder Luftvcrtcilerkanals 301 angeordnet ist, der über eine Öffnung 302 nach außen offen 'st. Das Gaspedal 21 ist durch den Kontakt des I'eoalarmcs mit dem metallischen Gehäuse 308 des l.uftvcrteilerkanals301 an Masse gelegt. Der Luftvcrtcilcrkanal 301 versorgt eine Gruppe von Verbrennungszylindern, von denen ein Zylinder 31 la teilweise in Fig. 1 und 3 dargestellt ist. Der Zylinderhals 310 öffnet sich in den Luftvcrteilerkanal 301 über eine Hinschnürstelle 309. Ein mittels einer Druckfeder 314 auf seinen Sitz gepreßtes Ventilglied 313 trennt den Verbrennungsraum des Zylinders 311a vom Zylinderhals 310. Dieses Ventilglied wird durch eine vom Motorangetriebene Nockenwelle periodisch geöffnet, wie allgemein bekannt ist. Eine Welle 111, die eine Verliingerungder Nockenwelle sein oder mit der Nokkenwelle gekoppelt sein kann, trägt einen Permanentmagneten 115, der bei jeder Umdrehung einmal an ao einer feststehenden und als elektromagnetischer Empfänger dienenden Spule 114a vorbeiläuft. In Fi g. 1 ist nur eine solche Spule dargestellt, von denen jedem Zylinder eine zugeordnet ist, und die mit gleichen Winkelabständen über den Umfang der Welle 111 verteilt angeordnet sind. Die Spule 114a ist über ei ή: Ausgangsleitung 54a mit einer logischen Schaltung 300 verbunden, die außerdem über einen Leiter 330 ein Signal eines Temperaturmessers 30 empfängt, der in einer Kühltasche 315 im Innern der Zylinderwandung und innerhalb des Kühlwassers angeordnet ist. Bei einem Motor mit Luftkühlung kann dieser Temperaturmesser in direkter Berührung mit der Zylinderwandung stehen. Die anderen, nicht dargestellten Zylinder sind mit ihrem Zylinderhals ebenfalls mit dem Luftverteilerkanal 301 über ähnliche Einschnürstellen wie die dargestellte Einschnürstelle 309 verbunden.

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 318a ist über eine Versorgungsleitung 316 mit der Druckseite einer Kraftstoffpumpe 317 verbunden, die als Pumpe mit konstantem Druck ausgebildet ist. Die Ausgangsseite dieser Pumpe ist durch ein federbelastetes Ventil 317' geregelt, das eine Rücklaufleitung 317" in einen Brennstoffbehälter 319 öffnen kann, sobald der Ausgangsdruck der Kraftstoffpumpe einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die Einspritzvorrichtung 318a wird auf eine nachfolgend noch näher beschriebene Weise mit Hilfe eines Paares von Eingangsverbindungen 318' und 318" von der logischen Schaltung 300 aus gesteuert.

Wenn die Luftklappe 304 nahezu in Schließstellung ist, die der Leerlaufstellung des Motors bei schwacher Belastung entspricht, kommt der Fußhebel 21 in Anlage gegen einen verstellbaren Anschlag in Form einer Schraube 320, die in einem an der Wandung 308 des Luftverteilerkanals befestigten Isolationskörper 321 gelagert ist. Von der Schraube 320 führt ein Leiter 329 zu der logischen Schaltung 300, der jedesmal auf Massepotential gelegt wird, wenn das Pedal in seiner aus Fig. 1 ersichtlichen Ruhestellung ist.

Die Elemente der aktiven Schaltkreise der logischen Schaltung 300, die nachfolgend noch näher beschrieben wird, werden über eine Sammelschiene 164 von der Motorbatterie 163 aus mit Strom versorgt.

Ein allgemein mit der Bezugsziffer 125 bezeichneter (Fig. 1) elektronischer Durchflußmengenmesser ist in dem Luftverteilerkanal 301 zwischen der Eingangsöffnung 302 und der Luftklappe 304 angeordnet. Dieser Durchflußmengenmesscr weist eine Anode in Form eines Stabes oder eines Drahtes 15 ;uif. die im Verteilerkanal koaxial angeordnet ist und von einem Paar von Rohrleitern 5Γ, 51" umgeben ist. die mit axialem Abstand voneinander angeordnet und über sehr hohe Widerstände 52' und 52" an Masse gelegt sind. Sie erzeugen eine elektronische und ionische Wolke in dem zwischen ihnen gebildeten Abstandsraum, sobald am Draht 15 ein höheres positives Potential, beispielsweise durch Anlegen einer Spannung von 10 000 bis 20000 Volt, erzeugt wird. Eine Kathode in Form einer Drahtwendel 16 aus Widerstandsmaterial mit Windungen, die sich nicht berühren, erstreckt sich entlang der Innenwandung des Luftvcrteilerkanals 301. Von dieser Innenwandung ist die Kathode durch eine Isolationsschicht 17 getrennt. Die Windungen der Kathode erstrecken sich teilweise in Durchlaßrichtung vor und teilweise in Durchlaßrichtung hinter dem Zwischenraum, der zwischen den Rohrleitern der Anode ausgebildet ist. Das vordere und das hintere Ende der Wendel 16 sind über Verbindungsleitungen 325' und 325" mit der logischen Schaltung 300 verbunden, über diese Leiter werden Stromimpulszüge Z₁, i₂ jedesmal übertragen, wenn der Anodendraht 15 intermittierend über einen Leiter 325 mit Hochspannungsimpulsen P versorgt wird, deren Energiehöhe genau gleich der Energiesumme der Impulszüge i, und J₂ ist.

Die Ableitwiderstände 52', 52" können durch den Isolationswiderstand von Querstegen gebildet sein, die aus einem Material mit hohem Widerstand gefertigt sind und die Rohrleiter 51', 51" an der Wandung 308 des Luftverteilerkanales abstützen. Die äußeren Enden der Rohrleiter sind durch Scheiben 53', 53" aus dielektrischem Material verschlossen, die zum Halten des Drahtes 15 in seiner Koaxialstelluni, dienen.

Fig. 2 zeigt im einzelnen die logische Schaltung 300, einschließlich des Impulsgenerators 1, des Durchflußmengenmessers 125 und Spulen 358a, 359a der Einspritzvorrichtung. Es handelt sich um eine in der genannten deutschen Patentanmeldung beschriebene Einspritzvorrichtung mit einer Vormagnetisierungsspule 358a und einer Steuerspule 359a, die mit Leitungen 318' und 318" verbunden sind. Der Impulsgenerator 1 speist die Primärwicklung 11 eines Hochspannungsgenerators 10, der vier Sekundärwicklungen 12,13, 321, 321' aufweist. Die Wicklung 12 ist mit dem Anodendraht 15 des Durchflußmengenmessers 125 über die Verbindungsleitung 325 verbunden, die zur Erzielung einer symmetrischen Erregung des Drahtes im Innern des Zylinders 17 in zwei Zweige geteilt ist. In Fig. 2 sind die Rohrleiter 51', 51" der besseren Übersichtlichkeit wegen weggelassen. Die Kathode 16 ist über die Leitungen 325' und 325" über zwei gleiche Widerstände 18' und 18" mit Masse verbunden. Die Leitungen 325' und 325" sind außerdem mit den Eingängen eines Wechselrtrom-Differentialverstärkers 20 über zwei Kopplungskondensatoren 19' und 19" verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 20 ist über einen anderen Kondensator 24 mit dem einen der Eingänge der beiden UND-Tore 22 und 23 verbunden.

Die anderen Eingänge der UND-Tore 22 und 23 (direkter Eingang für das Tor 23, Umkehreingang für das Tor 22) sind parallel mit der Hochspanmmgsklemme der Wicklung 13 über eine Verstärkung- und

Formgclningsstufe 21 verbunden. Der Ausgang des lores 22 ist an Masse gelegt, während der Ausgang des Tores 23 einerseits über einen Widerstand 25 an Masse gelegt und andererseits über ein RC-Netzwerk 26/27 mit einem Betriebsverstärker 28 verbunden ist, wobei die Zei'konstante des RC-Netzwcrkes wesentlich größer ist als die Dauer eines Betriebs/.yklus des Impulsgenerator I (d.h. größer als die Dauer einer Umdrehung der in Fig. I dargestellten Welle 111). Der Verstärker 28 ist über eine Zusatzvcrstärkerstufe 33 und einen Satz von Widerständen 34, 35 und 36 mit einem Leistungsverstärker 29 verbunden, der ein Paar von Gegenkopplungswiderständen 37, 38 aufweist, welche den Ausgang des Verstärkers mit seinem direkten Eingang und seinem IJmkehreingang verbinden. Der Umkehreingang ist über eine Leitung 330 (auch aus Fig. 1 ersichtlich) einerseits mit einem Thermostaten 30 und andererseits mit einem Widerstand 39 verbunden, von denen beide Teile mit ihrem anderen Anschluß an Masse gelegt sind. Der Thermostat 30 ist der Temperaturmesser, der in Fig. 1 mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist. Die Leitung 330 endet am Eingang eines Betriebsverstärkers 31, dessen Ausgangsleitung 320 über einen Spannungsteiler 40/41 mit Masse verbunden ist. Der Widerstandsteiler bildet einen Teil einer Gegenkopplungsschleife. Die Leitung 320 ist auch mit dem ersten Eingang einer Vergleichsstufe 323 verbunden, die in einer Betriebsstufe 32a untergebracht ist. Der zweite Eingang der Vergleichsstufe 323 ist mit dem aktiven Anschluß eines Kondensators 324, dessen anderer Anschluß an Masse gelegt ist, und über einen Belastungswiderstand 42 mit einem Gleichstromgenerator

322 verbunden. Ein Analogtor 331, dessen einer Eingang mit der aktiven Klemme des Kondensators 324 verbunden ist, ist diesem Kondensator parallelgeschaltet. Der andere Eingang des Analogtores 331 ist mit dem Ruheausgang einer Kippstufe 326 verbunden, deren Arbeitseingang durch von der Wicklung 321 des Transformators 10 gelieferte Impulse periodisch gesteuert wird, und dessen Eingang zur Rückstellungauf Null mit dem Ausgang der Vergleichsstufe

323 verbunden ist und jedesmal erregt wird, wenn das Ladepotential des Kondensators 324 gleich dem vom Verstärker 31 in den Widerständen 40 und 41 entwikkelten Ausgangssignal wird.

Der Arbeitsausgang der Kippstufe 326 steuert parallel zueinander eine monostabile Kippstufe 327 und eine Verzögerungsstufe 328. Die monostabile Kippstufe 327 steuert, wenn sie durch die bistabile Kippstufe 326 ausgelöst wird, über eine Leitung 318' die Spule 358a der Einspritzvorrichtung während einer kurzen Periode, die der Kippzeit von 327 entspricht und etwas die Verzögerung durch die Verzögerungsstufe 328 übersteigt. Die Verzögerungsstufe versorgt über die Leitung 318" die Wicklung 359a während einer Zeit, die gleich der Kippzeit der Kippstufe 326 ist, also während einer Zeit, die mit der Steuerung von 326 durch einen Impuls des Impulsgenerators 1, ausgehend vom Transformator 321, beginnt und mit der Steuerung von 326 endet, wenn die Gleichheit der beiden von der Vergleichsstufe erfaßten Spannungen erreicht ist. Mit Erreichen dieser Gleichhei* öffnet die bistabile Kippstufe 326 das Analogtor 331, um den Kondensator 324 kurzzuschließen, der sich somit nicht mehr neu belädt, bevor nicht von der Wicklung 321 ein Arbeitsimpuls erscheint. Damit hat das an den Klemmen des Kondensators anfallende Potential einen Siige/ahnverlauf mit einer Unterbrechung des Sägezahnes zuischen dem Ende eines Zahnes und dem Anfang des Anstiegs eines nachfolgenden Säge/ahnes.

Beim Betrieb liefert der Verstärker 21 kein Ausgangssignul zwischen zwei Impulsen des Generators 1, solange das Tor 22 geöffnet ist und der Kondensator 24 an Masse gelegt ist. Wenn der Transformator 10 mit einem Impuls gespeist wird, wird die an den An-Schlüssen der Wendel 16 auftretende Polentialdiffercnz durch den Verstärker 20 verstärkt, der ein Ausgangssignal auf die Klemmen des Widerstandes 25 liefert, denn in diesem Augenblick ist das Tor 22 geschlossen und das Tor 23 durch das Ausgangssignal des Verstärkers 21 geöffnet. Die Ausgangsimpulse des

. Verstärkers 20 werden durch die RC-Schaltung 26/27 integriert und durch die Verstärker 28,33 und 29 verstärkt. Da der Widerstand des Thermostaten 30 sieh in umgekehrtem Sinne mit der Motortemperatur än-

ao dert, ist die Spannung am Draht 320 proportional der Motorgeschwindigkeit und der Durchflußmenge (also auch gleich der Belastung), und umgekehrt proportional zur Motortemperatur.

Da die Vergleichsstufe 323 die Kippstufe 326 nicht

as auf NuD zurückstellt, bevor nicht die Sägezahnspannung an den Klemmen des Kondensators 324 den Pegel des am Draht 320 anliegenden Signals erreicht, ist die Dauer der Einsprit/periode eine lineare Funktion des Ausgangssignals des Verstärkers 31.

Diese Einspritzdauer ist durch die Gleichung bestimmt:

'= KQ\\ +Y(T_n- T)\
in welcher Q die Verbrennungsluftmenge ist, die in einer Zeiteinheit angesaugt und über mehrere Arbeitszyklen gemittelt ist, T_n die normale Betriebstemperaturdcs Zylinders und fdie tatsächliche Betriebstemperatur des Zylinders bedeuten, und K, γ Konstanten sind, die von der Motorkonstruktion abhängen.

Der bisher beschriebene Teil der Fig. 2 ist bereits Teil der eingangs genannten früheren Patentanmeldung, der nachfolgend beschriebene Teil betrifft die eigentliche Erfindung.

Der Draht 329, der in der Ruhestellung des Gaspedals 21 (Fig. 1) an Masse gelegt ist, ist mit einem Relais 48 verbunden, dessen Anker bei erregtem Relais den Draht 330 vom Ausgang des Verstärkers 29 auf einen verstellbaren Abgriff eines Potentiometers 44 umschaltet, so daß eine schwache Spannung mit einer vorgegebenen Amplitude auf die Vergleichsstufe 323 an der Stelle des von der Durehflußmenge und von der Temperatur abhängigen Signals gegeben wird, das normalerweise angelegt ist. So wird bei minimaler Belastung die Einspritzvorrichtung 318a während einer kurzen Zeitspanne von festgelegter Dauer in jedem Motorbetriebszyklus betätigt.

Die Erregung des Durchflußmengenmessers 125 durch die Wicklung 12 des Transformators fällt mit der Erzeugung eines Zündfunkens durch die Zündkerze 215a (Fig. 2) im Zylinder 3ϊ1α zusammen. Diese Zündkerze ist mit der Wicklung 321' des Transformators verbunden. Bei einem Motor mit beispielsweise vier Zylindern kann der Generator 1 vier Ausgänge 54a für vier Spulen 114a haben, wobei jeder dieser Ausgänge einen eigenen Transformator 10 speist i-nd die Wicklungen 12 aller dieser Transformatoren mit dem gleichen Draht 325 verbunden sind,

der vom Durchflußmengenmesser 125 kommt, während \hi>: Wicklungen32Γ jeweils mil den zugcirdne It¹Ii ein/einen Zündkerzen verbunden sind. Steuerstuft'n. wie die Betriebsstufc 32a für jede Einspritzvorrichtung empfangen das Ausgangssignal des Verslärkers 31 parallel z.'.ieinander und sind ein/ein mil den Wicklungen 321 der verschiedenen Transformatoren verbunden, während die Wicklungen 13 dieser Transformatoren parallel zueinander mil der Verstärkung·;-· und For/nbildungssttife 21 verbunden sind. ■

Der durch eine direkt vom Motor angetriebene Welle gesteuerte Impulsgenerator I ist ein Beispiel für eine Inipu'squellc, deren Impulsfolge mit der Geschwindigkeit des Motors auf geeignete Weise synchronisiert ist. Der Impulsgenerator könnte auch mc- '5 chanisch durch die Nockenwelle hctäiigt oder durch pulsierende Luft im Luftverteilungskiinal 301 gesteuert werdfi. Diese zuletzt genannte Mögliehkeil ist beim Ausfiihrungsbeispicl nach Fig. 3 verwirklicht, bei welchem der in einer Verlängerung 110a des Zy-¹³⁰ linderhalses 31 Ie gelegene Durchflussmengenmesser 125</ im wesentlichen gleich wie der in F^;ig. 1 dargestellte Durchflußmengenmesser 125 aufgebaut ist. Der Diirehflußmengenmesser 125<; wird jedoch an seiner Anode ISa dauernd von einer Gleiehspan- ^a5 nungs-Hoclispannungsquelle versorgt, die aus einem Strnmunterhrecherkreis 45 (beispielsweise einem elektrischen Hammer), der dem positiven Pol einer Gleiehspannungsquelle über einen Leiter 164 verbunden ist, einem Hochspannungstransformator 46 und einer einen Glättungskondensator 48 aufweisenden Gleichrichterschallung besteht. Die schraubenförmige Kathode 16a, die von der Wandung des Verteilerkanals durch eine Isolationsschicht 17</ getrennt ist. ist mil einem Differenzverstärker 20« verbun- den. dessen Ausgangssignal, durch die Differenzierst ufc 49 differenziert und durch die Diode 50 gleichgerichtet über die Leitung 54a auf die logische SchalUmg30flgegeben wird. Die mit axialem Abstand voneinander angeordneten Anodenrohrleiter, die 4" über nicht dargestellte hohe Widerstünde an Masse gelegt sind, sind mit den Bezugsziffern 51 a'. 5la" bezeichnet.

Der vorstehend beschriebene Durehflußniengenmcsser mißt effektiv das Produkt aus der Dichte der Luft und ihrer Geschwindigkeit. Dabei ist der erste dieser Faktoren normalerweise nur geringfügigen Schwankungen unterworfen, die von Änderungen des Atmosphärendrucks abhängen.

In einem bestimmten Fahrzeug, das nicht dazu hestimmt ist, in sehr stark wechselnden Höhen verwendet zu werden, kann also der Faktor für die Luftdichte als konstant angenommen werden. Übrigens kann die Luf !zusammensetzung merklich schwanken und hangt davon ab, ob das Fahrzeug sich in ländlichen Bezirken, im Stadtverkehr oder in einem Tunnel bewegt. Da Sauerstoff beispielsweise leichter ionisierbar ist als CO₂, kann eine Anreicherung von Luft im Verteilerkanal mit einer solchen Zusatzeinrichtung eine Dichteänderung simulieren und eine größere Verbrennungsluftmenge angeben als tatsächlich vorhanden ist.

Um den vorstehend genannten Nachteil zu vermeiden, können zwei Durchflußmengenmesser mit einer Kaskadenionisation vorgesehen werden, wie die Durchflußmengenmesser 125 und 125a der Fig. 1 und 3, die vor einer beliebigen Seite der Luftklappe 304- beispielsweise auf jeder Seite eine - angeordnet werden können. Der Luftstrom, der den ersten Durchflußmengenmesser passiert, strömt auch ganz oder teilweise durch den zweiten Duichflußmcngenmesser, je nachdem, ob der zweite Durchflußmengen messer im gemeinsamen Teil des I 'iftverlcilungskaiuiIs oiler am Hingang eint", ein/einen Zylinders angeordnet ist. Einer dieser in Kaskade geschalteten Durchflußmengenmesser hat eine Anode, die dauernd oder intermitlierend von einer Konslanlspannmigs-(|iiel!e versoigt wird, während die Anode des anderen Durchflußmengenmesscrs mit einer Quelle konstanten Stromes verbunden ist.

Im Falle einer Konstantstrom Versorgung ist die an den Anschlüssen tier Elektroden des Durchflußmengenmesscrs erzeugte Spannung V eine Funktion von <y/,,des Speisegleichstroms /„. q ist ein Faktor mit der Dimension eines Widerstandes und hängt von verschiedenen Größen, wie von der allgemeinen Dichte, dem Grad der Ionisation und von der Beweglichkeit der Ionen ab. Mit einer Konstantspannungsspeisung ist der Ausgiingsstrom /' eine Funktion von V_n: q der Speisespannung V„. q kann identisch q sein oder sieh von </ auf Grund einer Verzweigung des Luftstromes in den beiden Durchflußmengenmessern oder auf Grund der Wirkung einer Vorionisation durch den ersten DurchflulJmengenmesser auf die den /weiten Durchfliißmcngenmesser erreichende Luft unterv. '!.'den. In jedem Fall ist das Produkt q, q proportional zu Vi!' oder zu VIV, wobei V" eine Spannung ist. die vom Ausgaiigsstrom /'des mit einer Konstantspanniing versorgten Durchflußmengenmessers abge-Jei!et ist. Somit können sowohl der Quotient ViV als auch die Differenz V- V als Maß für die Verschiebung des »Widerstandes« der Luft in Bezug auf einen Widerstand r/_(J von Luft mit einer Standardkomposition bilden. Diese Verschiebung kann so als Korrckuirveränderliche für das Ausgangssignal des Durchfluümengenmcssers verwendet werden, indem dieser Korrekturwert auf den Kondensator 27 der Schaltung nach Fig. 2 parallel mit dem vom Tor 23 gelieferten Signal gegeben wird.

Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Der Durchflußmengenmesser 52f 'st vom gleichen Typ wie der Durchflußmengenmesser 125 und wird von einer Konstanlstromquelle 501 gespeist, dergestalt, daß zwei Meßstrome Z₁ und I₁ erzeugt werden, die als Gleichströme angenommen werden können lind deren Summe gleich dem Ausgangsstrom /, der Stromquelle 501 ist. Ein mit den Anschlüssen ucs Durchlaufmengenmessers 525 verbundenes Potentiometer 502 liefert eine Spannung kV proportional dem Produkt ql„, wobei q der auftretende Widerstand zwischen der Anode und der Kathode des Durchflußmengenmessers ist. Ein anderer Durchflußmengenmesser 525' wird an seiner Anode mit einer Konstantspannung F₀ versorgt. An den Anschlüssen seiner Kathode treten die beiden Ströme i",, i\ auf, die im Additionsverstärker 503 addiert werden zu einem Strom /'. Ein anderes Potentiometer 504, das vom Strom /'durchflossen wird, liefert eine Spannung k' V proportional /'. Die beiden Spannungen k' V und k V werden auf die beiden Eingänge eines Differentialverstarkers 505 gegeben, dessen Ausgangssignal so lange konstant ist, wie k' V- kKeinen vorgegebenen Wert hat. der einer normalen Lustzusammensetzung beim Druck der umgebenden Atmosphäre entspricht. Wenn die Luft so stark verunreinigt ist, daß die augenscheinlichen Widerstände q und q' der Durchflußmengenmesser 525 und 525' ansteigen, vermindert

sich die Differenz k' V - kV und verringert sich das Eingangssignal des Verstärkers 28 (Fig. 2) entsprechend dem geringeren Anteil von Sauerstoff in der Verbrennungsluft, die in den oder die Zylinder eintritt.

Der Durchflußmengenmesser 525 kann das für die Vergleichsstufe 323 bestimmte veränderliche Signal erzeugen, und der DurchfluBmengenmesser 525' kann zur Lieferung der Zeilgeberimpulse verwendet werden, oder umgekehrt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei Brennkraftmaschinen, mit einem zur Brennkammer führenden Luftansaugkanai, mit mindestens einer Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Luftansaugkanal, mit einer Steuereinrichtung zum öffnen und Schließen der Einspritzvorrichtung, einer Klappe m zum Regeln der Luftzufuhr in den Luftansaugkanal, einem Impulsgenerator zur Erzeugung von Synchronisierimpulsen, deren Frequenz proportional der Drehzahl des Motors ist, und mit einem elektronischen differentiejlen Ionisations-Durchflußmengenmesser, der eine erste und Emitterelektrode und eine zweite und Kollekrorclektrodc aufweist,die im Luftansaugkanal im Ahstand voneinander, isoliert gegeneinander und von der Wandung isoliert angeordnet sind, der durch die " Synchronisierimpulse erregt ist und einer Integrierstufe zugeordnet ist, die ein Signal liefert, das proportional der Durchflußmenge an Verbrennungsluft ist, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen, deren Dauer proportional der Durchflußmenge ist, und mit einer Einrichtung zum Betätigen der Steuereinrichtung fur das Öffnen und Schließen der Einspritzvorrichtung durch diese in ih-er Dauer modulierten Impulse, d adurch gekennzeichnet, daß sich die Elektroden (15. 16) in A.hsricl ung des Luftansaugkanals (301) erstreckerund {.'"kennzeichnet durch eine Einrichtung, die dem Io.'ienfluß die Form eines im wesentlichen flachen Strahles gibt, dessen Hauptrichtung senkrecht zur Längsachse des Luftansaugkanals gerichtet ist, so daß der Ionenfluß auf der Kolleklorelektrode zwei Teile bestimmt, deren Widerstandsverhiiltnis von der Luftströmungsgeschwindigkeit im Luftansaugkanai abhiingt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode eine Anode (15) mit einem lonenemitterteil von begrenzter axialer Länge ist, und daß die Kollektorelektrode eine schraubenförmige Kathode (16) ist, »5 die gleichzeitig in Strömungsrichtung vor und hinter dem flachen Ionenstrahl angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode die Form eines feinen Drahtes (15) hat, und daß die Einrichtung, die dem Ionenstrom die Form eines im wesentlichen flachen Strahles gibt, aus einem Paar von Rohrleitern (51', 51") besteht, die im Abstand voneinander angeordnet sind und diesen Draht umschließen, wobei der innere und äußere Durchmesser der Rohrleiter (51', 51") wesentlich größer sind als der Durchmesser des Drahtes, und die Röhrleiter über hohe Widerstände (52', 52") an Masse gelegt sind, wobei dann der Zwischenraum zwischen den Rohrleitern (5Γ, 51") den Ionenemitterteil bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des Durchflußmengenmessers (125) kapazitiv mit einer Schaltung verbunden sind, die einen Differentialveritfirker (20) und eine Integrierstufe (26/27) zum Integrieren der Antwortimpulse des Durchflußmengeninessers (125) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schaltung unter anderen ein Analogtor (331) aufweist, das zwischen den Durchflußmengenrnesser (125) und der Integrier stufe angeordnet ist und Synchromsierimpube unc Antwortirapulse des Durchflußmengenmesser! (125) erhält, um die Dauer der Ieizteren festzule gen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zui Erzeugung von Impulsen, deren Dauer genau proportional der Luftströmungsmenge ist, eine bistabile Kippstufe, die durch die Synchronisierimpulse in ihre Arbeitsstellung gebracht wird, eine Vergleichsstufe, deren erster Eingang mit der Integrierstufe verbunden ist, und eine Bezugsspannungsqtielle, die ein lineares /xitproporticnales Signal liefert und mit dem zweiten Eingang der Vergleichsstufe verbunden ist, aufweist, daß diese Vergleichsstufe die Kippstufe in ihre Ruhestellung bringt, wenn das Ausgangssignal der Integrierstufe gleich dem linearen zeitproportionalen Signal ist, und daß die bistabile Kippstufe mit einer Steuervorrichtung zum Öffnen und Schließen der Einspritzvorrichiung verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch ή, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungsquellc.die das zeitproportionale lineare Signal erzeugt, eine Konstantgleichstromquelie, einen mit den Klemmen dieser Quelle verbundenen Kondensator und ein mit den Anschlüssen des Kondensators verbundenes und diesen kurzschließendes Analogtor aufweist, das durch die bistabile Kippstufe in seine Ruhestellung gesteuert ist.

(S. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen durch die Luftklappe gesteuerten Signalgeber zu- Regelung der Luftdurchflußmenge im Luftansaugkanal in der dem Langsamgang des Motors entsprechenden Stellung der Luftklappe aufweist, und daß dieser Signalgeber auf dem ersten Eingang der Vergleichsstufe ein Signal mit vorgegebener Amplitude einem Ausgangssignal der Integrierstufe hinzufügt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung aufweist, welche die Impulse, deren Dauer genau proportional der Liiftdurchflußmengc ist, auch proportional der Abweichung zwischen der Temperatur in der Verbrennungskammer des Motors und einer vorgegebenen Temperatur macht.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, welche die Impulse, deren Dauer genau proportional der Luftdiirchflußmcnge ist, auch proportional der Abweichung der Brennkammertemperatur des Motors von einer vorgegebenen Temperatur macht, einen Thermostat-Widerstand aufweist, der in der Nähe der Brennkammer angeordnet und parallel zu der Leitung gelegt ist, welche die Integrierstufe mit dem ersten Eingang der Vergleichsslufe verbindet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisterimpulsgenerator ein zweiter diffcrcntieller elektronischer lonisations-Durchflußmcngenmesser ist, der einer Differenzierschaltung zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch

gekennzeichnet, daß der zweite Durchflußmengenmesser mit einer sehr hohen Konstantspannung gespeist ist.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen I und h, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine nur ein einziger lonisations-Durchflußmengenmesser im gemeinsamen Luftansaugkanal angeordnet und nur eine einzige Integrierstufe vorgesehen ist, daß der Synchronisierimpulsgenerator Synchronisierimpulszüge liefert, die jeweils einem einzigen Zylinder entsprechen, daß es so viele Kippstufen, Vergleichsstufen und Bezugsspannungsquellen wie Zylinder gibt, daß jede Kippstufe durch eine Synchronisierimpulsfolge gesteuert wird, die je- >s weils einem Zylinder zugeordnet ist, und daß alle Vergleichsstufen mit der einzigen Integrierstufe verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch i mit einem erbten und einem zweiten Durchflußmengenmessci. *° dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Diirchflußmengenmesserin Kaskade geschiitei sind, der erste Durchflußmengenmesser von einer Konstantstromquelle und der /weite DurchfluÖmengenmesser von einer Konstantspannungsquelle »5 gespeist sind, daß eine Einrichtung 711m Addieren der Ausgangsströme des ersten Durchflußmeiigenmessers und zum Hilden einer ersten, der gebildeten Summe proportionalen Spannung, und eine Einrichtung /um Addieren der Ausgangsströme des zweiten Durehflußmengenmessers und /um Bilden einer zweiten, dieser Summe proportionalen Spannung vorgesehen sind, und daß d;is System eine Einrichtung /um Anziehen der erst - η und zweiten proportionalen Spannungen zur Erzielung eines Fehlersignals und eine Einrichtung zum Abziehen dieses Fehlersignals von dem der Luft'furchflußmenge proportionalen Signal aufweist.