DE2828950A1

DE2828950A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der im verhaeltnis zur drehzahl einer brennkraftmaschine zugefuehrten luftmenge

Info

Publication number: DE2828950A1
Application number: DE19782828950
Authority: DE
Inventors: Masanori Mizote
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1979-02-08
Also published as: GB2000593B; GB2000593A; JPS5412011A; US4254744A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der im Verhältnis zur Drehzahl einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der im Verhältnis zur Drehzahl einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge.

Um das Kraftstoff-Luftgemisch auf ein gewünschtes Verhältnis zur Herabsetzung der abgegebenen Menge an Schadstoffen zu regeln, ist es wesentlich,genau die Luftmenge zu messen, die im Verhältnis zur Drehzahl der Maschine in die Maschinenzylinder eingeführt wird. Aufgrund ihrer Vorteile bezüglich der Herstellungstoleranzen und der Alterung werden verschiedene Fluidsensoren, die die Frequenz der Schwingbewegung eines Arbeitselements verwenden, um den Fluiddurchfluß wiederzugeben, gegenüber Sensoren des analogen Typs für diese Zwecke verwandt, bei denen der Fluiddurchfluß in Form eines analogen Wertes wiedergegeben wird. Da sich die Luftmenge mit der Arbeitsweise der Maschine ändert, ändert sich die digitale Wiedergabe des Fluidsensors für einen entsprechenden Bereich der Maschinenarbeitsweise vom Leerlauf bis zur Arbeitsweise mit vollständig geöffneter Drossel auf einen Wert, der im typischen Fall um 40mal größer als der kleinste digitale Wert ist. Das macht die Verwendung eines Zählers erforderlich, der eine maximale Kapazität von mehr als 11 Bits hat, was ihn entsprechend aufwendig macht und zu höheren Kosten führt.

Durch die Erfindung wird, ein Verfahren zum Messen der im Verhältnis zur Drehzahl einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge geliefert, bei dem erste elektrische Impulse erzeugt werden, deren Wiederholungsfrequenz proportional zur pro Zeit-

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einheit zugeführten Luftmenge ist, bei dem zweite elektrische Impulse erzeugt werden, deren Wiederholungsfrequenz proportional zur Geschwindigkeit oder Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine und größer als die Frequenz der ersten elektrischen Impulse ist, bei dem die Anzahl der während eines Intervalles zwischen aufeinanderfolgenden ersten elektrischen Impulsen erzeugten zweiten elektrischen Impulse gezählt wird, und bei dem der Reziprokwert der gezählten Anzahl berechnet wird.

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht darin, daß nach Maßgabe der pro Zeiteinheit zugeführten Luftmenge erste elektrische Impulse und nach Maßgabe der Drehzahl der Maschinenkurbelwelle zweite elektrische Impulse erzeugt werden. Ein Zähler ist dazu vorgesehen, die Anzahl der zweiten elektrischen Impulse für ein Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden ersten elektrischen Impulsen zu zählen. Die gezählte Anzahl der zweiten elektrischen Impulse wird einem Rechner zugeführt, in dem das Signal so verarbeitet wird, daß sich ein Signal ergibt, das den Reziprokwert der gezählten Anzahl wiedergibt.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Blockschaltbild;

Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Vie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine Fluidsen -oreinrichtung 10 vorgesehen, die eine Kette elektrischer Impulse erzeugt, deren Frequenz sich als Funktion der Luftmenge ändert, die pro Zeiteinheit durch einen Luftansaugkanal der

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nicht dargestellten Brennkraftmaschine angesaugt wird. Die Sensoreinrichtung 10 kann von einem Typ sein, wie er in der US-PA 703 292 beschrieben wird. Das Ausgangssignal der Fluidsens or einrichtung 10 liegt an einer wellenformenden Schaltung 12, in der das Eingangssignal in ein Signal mit einer Rechteckwellenform umgeformt wird, das anschließend an einem monostabilen Multivibrator 14 liegt, der an der Vorderflanke des Signals ausgelöst wird. Das Ausgangssignal, vom monostabilen Multivibrator 14 liegt in Kaskade über einen zweiten monostabilen Multivibrator 16 an der Rücksetzklemme eines Binärzählers 18.

Ein Detektor 20 für die Drehzahl der Maschine weist eine magnetisch polarisierte Zahnscheibe 22 , die an der Kurbelwelle der Maschine so angebracht ist, daß sie sich damit dreht, und eine Sensorspule 24 auf, die die Änderung des magnetischen Feldflusses wahrnimmt, um einen entsprechenden elektrischen Impuls zu erzeugen, der an einer zweiten wellenformenden Schaltung 26 und anschließend an einer Eingangsklemme des Binärzählers 18 liegt.

Der Binärzähler 18 weist eine Vielzahl von Ausgängen auf, die an einer Verriegelungsschaltung 28 liegen, um den augenblicklichen binären Zählerstand des Zählers 18 auf das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 14 ansprechend zu verriegeln.

Die Ausgangsfrequenz der Fluidsensors 10 beträgt im Leerlauf der Maschine annähernd 40 Hz und bei voller Maschinenleistung annähernd 1600 Hz,so daß für alle Betriebsverhältnisse der Maschine die Frequenz des letzten Signals größer als die Frequenz des ersten Signals ist. Die Arbeitsweise der ^Jn Fig. 1 dargestellten Schaltung wird im folgenden anhand des Zeitdiagramms von Fig. 2a bis 2d näher erläutert. Fig. 2a zeigt die Wellenform des Signals des Wellenformers 12,während Fig.

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2b die Impulse vom Wellenformer 26 zeigt. Der monostabile Multivibrator 14 erzeugt auf die vorderen Flanken der Rechteckimpulse a^ und a₂ des Wellenformers 12 Jeweils ansprechend Impulse c^ und C₂, die in Fig. 2c dargestellt sind. Der monostabile Multivibrator 16 erzeugt auf die Vorderflanken der Impulse C₁ und C₂ jeweils Aus gangs impulse d<j und d₂, die in Fig. 2d dargestellt sind. Es ist ersichtlich, daß für jede Impulswiederholungsperiode oder für jeden Zyklus des Ausgangssignals des Fluidsensors 10 eine Vielzahl von Impulsen vom Sensor 20 für die Drehzahl der Maschine auftritt.

Der Binärzähler 18 wird auf den Rücksetzimpuls d^ rückgesetzt, .um mit dem Zählen der Impulse von Fig. 2b zu beginnen, und nach dem Zählen von n* Impulsen wird die Verriegelungsschaltung 28 auf den Impuls C₂ ansprechend angesteuert, um den auf dem vorhergehenden Impuls c. ansprechend gespeicherten Inhalt zu löschen und den augenblicklichen binären Zählerstand des Zählers 18 auszulesen, wobei n^ in diesem Fall der Wert ist, der verriegelt wird, bis ein nächster Steuerimpuls vom monostabilen Multivibrator 14 auftritt. Unmittelbar nach dem Verriegeln der binären Information wird der Binärzähler 18 auf den Rücksetzimpuls d₂ ansprechend gelöscht. Da die Verriegelung auf jede Vorderflanke des Ausgangssignals des Fluidsensors 10 ansprechend erfolgt, ist die binäre Zahl, die in der Verriegelungsschaltung 28 gespeichert ist, proportional der augenblicklichen Drehzahl der Maschine und umgekehrt proportional zur augenblicklichen pro Zeiteinheit angesaugten Luftmenge.

Es versteht sich somit, daß die für jede Umdrehung der Kurbelwelle zugeführte Luftmenge dadurch bestimmt werden kann, daß der Reziprokwert der dezimalen Darstellung des verriegelten binären Zählerstandes berechnet wird. Diese Rechnung erfolgt in einem Kleinrechner, der durch den Block 30 dargestellt ist und eine zentrale Verarbeitungseinheit 32 aufweist, auf die

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die gerade in der Verriegelungsschaltung 28 gespeicherte Information über eine Schnittstelleneinrichtung 34 übertragen wird. Die zentrale Verarbeitungseinheit 32 empfängt über eine Schnittstelle 36 auch andere Informationen von Maschinenbetriebssensoren. Der Rechner 30 ist mit einem Festspeicher 38 und einem Speicher 40 mit direktem Zugriff versehen. Das im Festspeicher 38 gespeicherte Programm instruiert die zentrale Verarbeitungseinheit 32, die Information in der Verriegelungsschaltung 28 zu lesen und die notwendigen arithmetischen Operationen auszuführen, um den reziproken Wert der Wiedergabe des verriegelten Zählerstandes in Form einer dezimalen Zahl nach dem gespeicherten Programm des Festspeichers zu berechnen. Der Speicher 40 mit direktem Zugriff wird dazu verwandt, kurzzeitig die Information während des Rechenvorgangs zu speichern. Das berechnete Ergebnis, d.h. die augenblickliche Luftmenge, wird in der Verarbeitungseinheit 32 nach Maßgabe der Eingangssignale von den Maschinenbetriebssensoren,beispielsweise nach Maßgabe der Kühlmitteltemperatur der Maschine, korrigiert, um die Breite eines Einspritzimpulses zu bestimmten, der über die Schnittstelle 36 an nicht dargestellten Kraftstoff einspritzdüsen liegt.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Schaltung führt zu einem schmaleren Bereich von binären Zählerständen. Das läßt sich wie folgt erklären: Bei einer Drehzahl der Maschine von 600 Upm muß der Binärzähler 18 180 Eingangsimpulse für den Betrieb mit geschlossener Drossel (Ausgangssignal mit einer Frequenz von 40 Hz vom Fluidsensor) und 45 Eingangsimpulse für den Betrieb mit weit offener Drossel (Ausgangssignal mit einer Frequenz von 160 Hz vom Fluidsensor) akzeptieren, während bei einer Maschinendrehzahl von 6000 Upm derselbe Bereich von binären Zählerständen für einen Arbeitsbereich von dem Betrieb mit geschlossener Drossel (Ausgangssignal mit einer Frequenz von 400 Hz vom Fluidsensor) bis zum Betrieb mit weit offener Drossel (Ausgangssignal mit einer Frequenz von 1600 Hz vom

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Fluidsensor) ausreicht.. Die maximale Kapazität des Binärzählers 18 beträgt daher 8 Bits.

Da das digitale Ausgangssignal von der Verriegelungsschaltung 28 auf jeden Impuls vom Fluidsensor 10 ansprechend auftritt, ist das Meßintervall für den Luftdurchfluß umgekehrt proportional zur Luftgeschwindigkeit, so daß die Genauigkeit der Messung für jeden Arbeitsbereich der Maschine konstant gehalten werden kann..

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Kccnigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun. PATENTANWÄLTE München 2 · Brai-hausstraße 4 · Telefon Sammel-Nr. 2253 41 · Telegramme Zumpat · Telex 529979 3/Li PG23-78014 NISSAN MOTOR COMPANY,Limited, Yokohama City, Japan PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Messen der im Verhältnis zur Drehzahl einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge, dadurch ■ gekennzeichnet, daß erste elektrische Impulse erzeugt v/erden, deren Wiederholungsfrequenz proportional zur pro Zeiteinheit zugeführten Luftmenge ist, daß zweite elektrische Impulse erzeugt v/erden, deren Wiederholungsfrequenz proportional zur Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine und größer als die Frequenz der ersten elektrischen Impulse ist, daß die Anzahl der zweiten elektrischen Impulse, die während eines Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden ersten elektrischen Impulsen erzeugt werden, gezählt wird, und daß der Reziprokwert der gezählten Anzahl berechnet wird.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Vorrichtung zum Messen der im Verhältnis"zur Drehzahl einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10,12), die erste elektrische Impulse erzeugt, deren Wiederholungsfrequenz proportional zur pro Zeiteinheit durch einen Ansaugkanal der Maschine zugeführten Luftmenge ist, durch eine Einrichtung (20,26), die zweite elektrische Impulse erzeugt, deren Wiederholungsfrequenz proportional zur Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine und größer als die Frequenz der ersten Impulse ist, durch eine Zähleinrichtung (18), die die Anzahl der zweiten elektrischen Impulse auf jeden ersten Impuls ansprechend zählt, und durch eine Recheneinrichtung (32), die den Reziprokwert der gezählten Anzahl der zweiten elektrischen Impulse berechnet, um die Luftmenge zu messen.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine erste monostabile Einrichtung (14), die auf die ersten elektrischen Impulse anspricht,und durch eine zweite monostabile Einrichtung (16), die mit dem Ausgang der ersten monostabilen Einrichtung verbunden ist und auf die Vorderflanke eines Ausgangssignals von der ersten monostabilen Einrichtung ansprechend ein Ausgangssignal erzeugt, sowie durch eine Verriegelungsschaltung (28), die auf das Ausgangssignal der ersten monostabilen Einrichtung anspricht und den Inhalt der Zähleinrichtung speichert bis das nächste Ausgangssignal von der ersten monostabilen Einrichtung auftritt, wobei die Zähleinrichtung auf jedes Ausgangssignal der zweiten monostabilen Einrichtung anspricht und mit dem Zählen des zweiten elektrischen Impulses beginnt.

4„ Steuervorrichtung für die Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine mit einem Kleinrechner, der so programmiert ist, daß er mit den verschiedenen anliegenden Eingangssignalen nach einem gespeicherten Programm einen Rechenvorgang ausführt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10,12), dis erste elektrische Impulse erzeugt, deren Wiedernolungs-

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frequenz proportional zur pro Zeiteinheit zugeführten Luftmenge ist, durch eine Einrichtung (20,26), die zweite elektrische Impulse erzeugt, deren Wiederholungsfrequenz proportional zur Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine und größer als die Frequenz der ersten elektrischen Impulse für alle Maschinenbetriebsverhältnisse ist, und durch eine Zähleinrichtung (18), die die Anzahl der zweiten elektrischen Impulse zählt, die während eines Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden ersten elektrischen Impulsen erzeugt wird, wobei das Ausgangssignal der Zähleinrichtung am Kleinrechner liegt, um ein elektrisches Signal (12) zu erzeugen, das den Reziprokwert der gezählten Anzahl zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzzeit wiedergibt.

Steuervorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine erste monostabile Einrichtung, die auf die ersten elektrischen Impulse anspricht, durch eine zweite monostabile Einrichtung, die mit dem Ausgang der ersten monostabilen Einrichtung verbunden ist und auf die Vorderflanke des Ausgangssignals der ersten monostabilen Einrichtung ansprechend ein Ausgangssignal erzeugt, und durch eine Verriegelungsschaltung, die auf das Ausgangssignal der ersten monostabilen Einrichtung anspricht und den Inhalt der Zähleinrichtung speichert, bis das nächste Ausgangssignal von der ersten monostabilen Einrichtung auftritt, wobei die Zähleinrichtung auf jedes Ausgangssignal der zweiten monostabilen Einrichtung anspricht und mit dem Zählen der zweiten elektrischen Impulse beginnt,und der gespeicherte Inhalt der Verriegelungsschaltung am Kleinrechner liegt.

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