DE3007463A1

DE3007463A1 - Einrichtung zum erzeugen eines kraftstoffzumesssignales bei einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3007463A1
Application number: DE19803007463
Authority: DE
Inventors: Ingo Dipl.-Ing. Dr. 7141 Oberriexingen Gorille; Edmund 7141 Schwieberdingen Jeenicke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-02-28
Filing date: 1980-02-28
Publication date: 1981-09-17
Also published as: JPH0346201Y2; GB2070782B; GB2070782A; JPS6422842U; FR2477231A1; JPS56132427A; FR2477231B1

Description

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25.1.1980 Mü/Kö

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7OOO STUTTGART 1

Einrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoffzumeßsignales bei einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die wichtigsten zu verarbeitenden Größen bei einer Kraftstoff zumeßanlage sind die Drehzahl und der Lastzustand. Zur Erfassung der Last dienen im allgemeinen Drucksensoren oder mit einer Stauklappe arbeitende Luftmassenmesser. Als besonders günstig haben sich in neuerer Zeit Hitzdrahtluftmassenraesser erwiesen, da sie keine mechanisch bewegten Teile aufweisen und darüber hinaus die Ansauglufttemperatur im Meßergebnis berücksichtigen können.

Um ein gewünschtes Gemisch »(glichst exakt dosieren zu können, ist die Besti^Eung ter während einet Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmaese erforderlich. Existierende LuftaaiBeneesser messen jedoch nur den Luftdurchsatz, d.h. die LuftmasBe pro Zeiteinheit, so daß die gewünschte Luf^easee pro Ansaugtakt mittelbar durch eine Integration des Luftdurchsatzes über der Zeit bestimmt werden muß.

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Der Luftdurchsatz pro Zeiteinheit ist über einen Arbeitstakt nicht konstant, sondern aufgrund der verschiedenen Öffnungs- und Schließbewegungen der einzelnen Einlaßventile sowie von Resonanzerscheinungen im Saugrohr zeitlich wellenförmig. Bei einem linearen Luftmassenmeßglied, bei welchem das elektrische Meßgliedausgangssignal dem Luftdurchsatz proportional ist, bietet diese zeitliche Wellenförmigkeit keine Schwierigkeiten, weil das Integral des elektrischen Signals auch dem Integral des Luftdurchsatzes (= Luftmasse) proportional ist. Deswegen kann dieses Integral direkt der Steuerung des Zeitgliedes einer Einspritzanlage dienen.

Die Proportionalität der Integrale von Luftdurchsatz und elektrischem Signal ist jedoch bei einem nichtlinearen Luftmassenmesser j wie z.B. dem Hitzdraht-Luftmassenmesser, im allgemeinen nicht mehr gegeben. Probleme tauchen nun insoweit auf, als diese Nichtproportionalität durch ein abgespeichertes Kennfeld nicht korrigierbar ist, weil das Integral des elektrischen Signales f, welches seinerseits eine Funktion des Luftflusses g, also der Zeit t und der motorspezifischen Betriebszustände x. (x. = Last, X₂ = Drehzahl, usw.) ist, keine eindeutige Punktion der Betriebszustände x. ist, und deswegen auch nicht verwendet werden kann zur Charakterisierung des jeweiligen Motorzustandes und zur Bestimmung der zuzumessenden Kraftstoffmenge:

I (X₁, X₂, ..., x_±) =J f /~g Cx₁, X₂, ..., X₁, t)J dt jt eindeutige Punktion (X₁, X₂, ..., χ.)

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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die übertragungsfunktion f(g) des Luftmassenmessers mit einfachen Mitteln so umzuändern, daß das Integral I des derart geänderten elektrischen Meßsignals f eine eindeutige Punktion der motorspezifischen Betriebszusätnde (Drehzahl, Last) wird. Der Integralwert bestimmt dann über ein Kennfeld die zuzumessende Kraftstoffmenge.

Die Eindeutigkeit des Integralwertes I ist selbstverständlich gewährleistet, wenn, wie bei bisher bekannten Kraftstoffzumeßsystemen, das Luftmassenmeßsignal möglichst ideal linearisiert wird, so daß eine genaue Proportionlität zwischen Luftdurchsatz und dem linearisierten elektrischen Signal entsteht.

Eine Schaltungsanordnung zur möglichst genauen Linearisierung ist aus der US-PS 4 043 I96 bekannt. Dort ist einem Hitzdraht-Luftmassenmesser ein Punktionsgenerator nachgeschaltet, mit dem die Punktion (y/z) ⁿ erzeugt werden kann und wobei die Werte ζ und η definiert einstellbar sind.

Im Hinblick auf eine große Mengenfertigung von Kraftstoffzumeßanlagen hat sich die Verwendung von reinen Linearisierungsschaltungsanordnungen als zu aufwendig und damit als zu kostspielig erwiesen. Darüber hinaus ergibt sich das Problem der Exaktheit der Linearisierung und in diesem Zusammenhang auch die Frage einer möglichen Austauschbarkeit der einzelnen Aggregate ohne große Abgleichmaßnahmen.

Im Hinblick auf die gestellte Aufgabe zielt die Erfindung darauf, die Luftmassenmesser-Transferkennlinie lediglich so weit zu verändern, daß die Eindeutigkeit des Integral-

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wertes gewährleistet bleibt. Es reicht daher aus, den elektrischen Signalwert des Luftmassenmessers nur in etwa linear (= quasi linear) vom Luftdurchsatz im Ansaugrohr zu machen.

Deswegen können einfachste und damit kostengünstige elektronische Schaltungen zur Erzeugung dieser Quasi-Linearisierung herangezogen werden, sofern gewährleistet wird, daß das aufintegrierte elektrische Signal I erst nach einer Abbildung über ein Kennfeld zur Bestimmung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge verwendet wird.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figuren la und Ib grobe Blockschaltbilder des elektrischen Teils von Einspritzanlagen, Figur 2 die Kennlinie eines Hitzdraht-Luftmassenmessers. Figur 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Luftdurchsatzes am Luftmassenmesser und den dazugehörenden, nicht proportionalen, zeitlichen Verlauf der elektrischen Ausgangsspannung des Luftmassenmessers, sowie die dazugehörenden zu integrierenden Flächen, Figur 4 ist eine Skizze zur Erläuterung des übertragungsverhaltens einer Quasi-Linearisierung entsprechend der Schaltungsanordnung von Figur la. Figur 5 zeigt die Anpassung der Transfer-Kennlinie der Quasi-Linearisierungsschaltung nach Figur Ib (hier nichtlinearer Spannungs-Frequenz-Wandler) an die Kennlinie des Hitzdraht-Luftmassenmessers. In Figur 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines nichtlinearen Spannungs-Frequenz-Wandlers und in Figur 7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines derartigen Wandlers dargestellt.

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Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die nachfolgende Beschreibung betrifft Beispiele bezüglich Kraftstoffeinspritzanlagen. Die Erfindung betrifft jedoch nicht das Einspritzsystem als solches, sondern primär die Aufbereitung und Verarbeitung eines analog vorliegenden Signalwertes. Aus diesem Grund kann die Erfindung auch im Rahmen von z.B. gesteuerten Vergaser- oder Dieseleinspritzanlagen eingesetzt werden.

Die Figuren la und Ib zeigen grobe Blockschaltbilder des elektrischen Teils von Einspritzanlagen, wobei mit 10 und 11 je ein Drehzahl- sowie ein Luftmassenmesser bezeichnet sind, deren beide Ausgänge unmittelbar oder mittelbar auf ein nachfolgendes Zeitglied 12 zur Bildung von Einspritzimpulsen tp für ein Einspritzventil 13 geschaltet sind. Zwischen Luftmassenmesser 11 und Zeitglied 12 befindet sich eine Reihenschaltung entweder einer Quasi-Lineärisierungsschaltungsanordnung 14a und eines Integrators 15a oder eines nichtlinearen (die nichtlineare Hitzdraht-Kennlinie in etwa linearisierenden) Spannungs-Frequenz-Wandlers 14b sowie eines Zählers 15b. Dabei werden sowohl die Integrationsgrenzen des Integrators 15a als auch die Zählgrenzen des Zählers 15b durch Signale vom Drehzahlmesser 10 bestimmt.

Bei den in den Figuren la und Ib dargestellten Schaltungsanordnungen werden im Integrator 15a bzw. im Zähler 15b eine der durch das Ansaugrohr fließenden Luftmasse pro Arbeitstakt eindeutig zuordnungsbare Größe ermittelt und ausgehend vom Integrator- oder Zählerstandsendwert sowie vom Drehzahlme· Ausgangssignal z.B. aus einem im Zeitglied 1i enthaltenen dreidimensionalen Kennfeld ein

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entsprechender Einspritzwert ausgelesen. Die gestrichelt gezeichnete Verbindungslinie zwischen Zeitglied 12 und Einspritzventil 13 soll die Möglichkeit andeuten, daß in dieser Leitung noch Korrekturstufen z.B. für eine Beschleunigungsanreicherung vorgesehen sein können.

Fig. 2 zeigt die Kennlinie eines Hitzdraht-Luftmengenmessers, d.h., das Ausgangssignal des Luftmassenmessers mit einem Hitzdraht aufgetragen über dem zeitbezogenen Luftmassenfluß durch das Luftansaugrohr. Der Idealfall wäre eine Ursprungsgerade mit positiver Steigung. Dieser Idealfall ist jedoch aus mannigfaltigen Gründen nicht erreichbar, sondern es ergibt sich in etwa ein Parabelast ausgehend von einem Hitzdrahtspannungswert%Tull beim Luftmengendurchsatz = Null.

Fig. 3 zeigt die Problematik der korrekten Erfassung der Luftmasse bei einem nichtlinearen Luftmassenmesser. Im ersten Quadranten des Koordinatensystems ist die Hitzdrahtkennlinie eingezeichnet, der zweite Quadrant - im Sinne einer Rechtsdrehung - zeigt die jeweilige tatsächliche Luftmasse, deren Kurvenverlauf aufgrund der verschiedenen öffnungs- und Schließbewegungen der einzelnen Einlaßventile wellenförmig verläuft. Eine übertragung der Luftmasse über die im ersten Quadranten dargestellte Kennlinie ergibt die im vierten Quadranten dargestellte Hitzdrahtspannung, die gegenüber der Kurvenform im zweiten Quadranten verzerrt ist. Schraffiert eingezeichnet ist in den Kurvenverläufen des zweiten und vierten Quadranten das jeweilige Zeitintegral.

Für die digitale Signalverarbeitung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die jeweilige Luftmenge über ein

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Zeitraster zu bestimmen und die entsprechenden Spannungswerte multipliziert mit einem Zeitintervall aufzusummieren. Auch hier wird der Fehler aufgrund der Nichtlinearität des Hitzdrahts ersichtlich.

Ausgehend von der Nichtlinearität des Hitzdraht-Luftmassenmessers können sich beim jeweils integrierten Wert Doppeldeutigkeiten ergeben, so daß bei der weiteren Signalverarbeitung Fehler entstehen können. Diese zu vermeiden ist Aufgabe der Quasi-Linearisierung mittels der Quasi-Linearisierungsschaltungsanordnung l4a des Gegenstandes nach Figur la bzw. des nichtlinearen Spannungs-Frequenz-Wandlers 14b bei der Schaltungsanordnung nach Figur Ib. Dabei orientiert sich der Grad der Linearisierung an der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Doppeldeutigkeiten im Integratorausgangssignal. Verdeutlicht wird dies anhand der Diagramme von Figur 4 und 5, wobei in Figur 4 die Anpassung der Transfer-Kennlinie der Quasi-Linearisierungsschaltung nach Figur la an die Kennlinie des Hitzdraht-Luftmassenmessers verdeutlicht ist und Figur 5 die Anpassung der Transfer-Kennlinie der Quasi-Linearisierungsschaltung in Form eines nichtlinearen Spannungs-Frequenz-Wandlers entsprechend dem Gegenstand von Figur Ib an die Kennlinie des Hitzdraht-Luftmassenmessers zeigt. Sowohl in Figur 4a, als auch in Figur 5a ist das Ausgangssignal des Hitzdraht-Luftmassenmessers über den zeitbezogenen Luftdurchsatz im Ansaugrohr aufgetragen. Figur 4b zeigt die Kennlinie der Quasi-Linearisierungsschaltungsanordnung 14a des Gegenstandes von Figur la, so daß sich die in Figur 4c dargestellte Ausgangsspannung der Quasi-Linearisierungsschaltungsanordung 14a aufgetragen über dem zeitbezogenen Luftdurchsatz ergibt.

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Air

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Entsprechend ist in Figur 5b das übertragungsverhalten des nichtlinearen Spannungs-Frequenz-Wandlers 14b des Gegenstandes von Figur Ib dargestellt und weiter in Figur 5c das Ausgangssignal dieses Wandlers l4b aufgetragen über dem zeitbezogenen Luftdurchsatz.

Auf ein Ausführungsbeispiel für die Quasi-Linearisierungsschaltung 14a wird deshalb verzichtet, weil Funktionsgeneratoren für analoge Signalpegel allgemein bekannt sind und z.B. mittels Dioden-Widerstands-Netzwerken realisierbar sind. Die jeweilige Dimensionierung hat sich ohnehin am jeweils verwendeten Hitzdraht-Luftmassenmesser zu orientieren und kann infolgedessen hier nicht pauschal angegeben werden.

Zwei Beispiele für nichtlineare Spannungs-Frequenz-Wandler zeigen die Figuren 6 und 7·

Hauptteile des in Fig. 6 dargestellten Spannungs-Frequenz-Wandlers sind ein Kondensator 2O₃ eine Vergleichsstufe sowie ein D-Flipflop 22. Von einer Eingangsklemme 23 führt ein Widerstand 24 zum Minus-Eingang der Vergleichsstufe 21 sowie zu einem Anschluß des ferner an Masse liegenden Kondensators 20. Der Pluseingang der Vergleichsstufe 21 liegt über eine Parallelschaltung aus Kondensator 25 und Widerstand 26 an Masse und darüber hinaus über einen Widerstand 27 an einer nicht näher bezeichneten Referenzspannungsquelle. Ausgangsseitig ist die Vergleichsstufe 21 über einen Widerstand 28 an einer Plusleitung 29 angeschlossen und sie liefert gleichzeitig das Eingangssignal für das D-Flipflop 22. Während der Q-Ausgang dieses Flipflops 22 mit einer Ausgangsklemme 30 des Spannungs-Frequenz-Wandlers gekoppelt ist, steuert das Signal des Q-Ausgangs

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einen Wechselschalter 31, mit dem über einen Widerstand 32 die Signale von zwei Anschlußpunkten 33 und 3^ auf den Kondensator 20 schaltbar sind. Am Anschlußpunkt 33 liegt das Signal einer Referenzspannungsquelle 35 an. Der Anschlußpunkt 3*1 ist gekoppelt mit der Verbindungsstelle zweier Widerstände J>6 und 37, die zusammen einen Spannungsteiler zwischen der Eingangsklemme 23 und Masse bilden.

Wesentlich beim Gegenstand von Fig. 6 ist das Laden und Entladen des Kondensators abhängig vom Ausgangssignal des D-Flipflops 22 mittels zweier von der übrigen Spannungsversorgung unabhängiger Signalquellen (35 und 36, 37), wobei die Nichtlinearität des Spannungs-Frequenz-Wandlers durch den nichtkonstanten Spannungswert am Eingang 3^ erreicht wird.

•Die Wirkungsweise des in Fig. 6 dargestellten Spannungs-Frequenz-Wandlere ist derart, daß das Schalten der Vergleichsstufe 21 jeweils einen Potentialwechsel an der Ausgangsklemme 30 des Wandlers zur Folge hat und aufgrund der vom Ausgangssignal gesteuerten Ladung und Entladung des Kondensators 20 die Frquenz des Ausgangssignals in einer definierten Beziehung zum analogen Eingangssignal steht.

Beim Gegenstand von Fig. 6 besteht eine feste Zuordnung zwischen dem Wechsel des Ausgangspotentials der Vergleichsstufe 21, der Taktfrequenz, die das D-Flipflop 22 steuert, sowie den Schaltmomenten des Wechselschalters 31· Dieser feste Zusammenhang erweist sich als nicht sehr förderlich, wenn eine stetige Zuordnung von Eingangs-

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signal und Ausgangsssignal gewünscht ist. In diesem Pall erweist sich die Erweiterung des D-Flipflops 22 von Fig. zu einer monostabilen Kippstufe mit digital quantisierter Zeitbasis als zweckmäßig. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 7 dargestellt.

Fig. 7 gleicht vom Aufbau her Fig. 6, wobei jedoch das in Fig. 6 gezeigte D-Flipflop 22 durch eine Reihenschaltung von Synchronisierungsstufe 40 und digital arbeitender monostabiler Kippstufe 41 ersetzt ist. Die Synchronisierungsstufe 40 weist dabei zwei hintereinander geschaltete Inverter (Schmitt-Trigger) 42 und 43 auf, die in der Leitung vom Ausgang der Vergleichsstufe 21 zu einem D-Eingang eines D-Flipflops 44 in der Synchronisierstufe angeordnet sind. Ausgangsseitig führt dieses D-Flipflop zum Komplex der monostabilen Kippstufe mit einer Reihenschaltung von bistabiler Kippstufe 45, D-Flipflop 46, Zähler 47 und Dekodiereinrichtung 48. Die beiden Ausgänge der bistabilen Kippstufe 45 sind mit dem nachfolgenden D-Flipflop 46 sowie mit dem Steuereingang des Wechselschalters 31 verknüpft. Der Q-Ausgang des D-Flipflops 46 führt zum Rücksetzeingang des Zählers 47. Die Dekodiereinrichtung 48 besteht im wesentlichen aus einem NAND-Gatter 49, dessen Ausgang zum zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe 45 zurückgeführt ist. Einer der Eingänge dieses NAND-Gatters 49 ist noch mit dem ersten Eingang der bistabilen Kippstufe 45 verknüpft, an dem auch das Ausgangssignal der Synchronisierstufe 40 anliegt, wodurch erst dann die Dekodiereinrichtung 48 einen Rücksetzimpuls zum zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe 48 leitet, falls zuvor der Vergleicher 21, bzw. die Synchronisierstufe 4O umgeschaltet hat. Zum Ausgang 30 des

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Wandlers führt schließlich eine Leitung 50 ausgehend vom MSB-Anschluß des Zählers 57.

Wesentlich beim Gegenstand der Fig. 7 ist das mittels Zähler und Dekodiereinrichtung realisierte Monoflop, welches somit eine digital quantisierte Standzeit entsprechend der Taktfrequenz liefern kann. Mit dieser monostabilen Kippstufe läßt sich eine Impulsdauer einstellen, während die Periodendauer des Ausgangssignals am Ausgang 30 vom Signal an der Eingangsklemme 23 abhängt.

Die beiden vorstehend beschriebenen Spannungs-Frequenz-Wandler haben sich als äußerst zweckmäßig im Zusammenhang mit der in Fig. Ib dargestellten Schaltungsanordnung erwiesen. Aufgrund der nur teilweisen Linearisierung des Luftmassensignals und der restlichen Korrektur über ein Kennfeld im Zeitglied 12 braucht die Übertragungskennlinie keiner a priori vorgeschriebenen mathematischen Funktion zu entsprechen, sondern lediglich streng wiederholbarer Natur zu sein, was sich als vorteilhaft im Sinne einer äußerst preisgünstigen Mengenfertigung erwiesen hat.

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Einrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoffmeßsignales bei einer Brennkraftmaschine

Zusammenfassung

Es wird eine Einrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoffzumeßsignals bei einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei ein nichtlineares Luftmassenmeßsignal nur teilweise linearisiert wird und diese Teil-Linearisierung mittels einer Quasi-Linearisierungsschaltungsanordnung (14a) bzw. eines nichtlinearen Spannungs-Prequenz-Wandlers (l4b) erfolgt. Die verbleibende Nichtlinearität wird bei den Werten eines Kennfeldes (12) berücksichtigt, über welches die Zumeßsignale bestimmt werden.

Zweck der Einrichtung ist es, mögliche Doppeldeutigkeiten aufgrund starker Nichtlinearitäten im Luftmassensignal zu vermeiden und gleichzeitig eine für die Mengenfertigung preisgünstige Einrichtung zu schaffen. Die Einrichtung enthält zu dieser Teil-Linearisierung z.B. einen nichtlinearen Spannungs-Frequenz-Wandler, wobei zwei verschiedene Ausführungen des Wandlers vorgeschlagen werden.

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Leerseite

Claims

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Ansprüche

Iy Einrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoffzumeßsignals bei einer Brennkraftmaschine mit einem nichtlinearen Luftdur chsatzmesser sowie einer einen Speicher enthaltenden Zumeßsignalerzeugerstufe, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Luftmassenmesser (11) und Speicher (12) bzw. Kennfeld eine Reihenschaltung von Vorentζerrungsschaltung bzw. von Linearisierungsschaltungsanordnung (l4a und l4b) und Integrator (15a) bzw. Zähler (15£) liegt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Linearisierung sich an der Wahrschein-lichkeit bzw. am Vorhandensein von auftretenden Doppeldeutigkeiten im Integratorausgangssignal bzw. Zählerendstand bei nichtlinearem Eingangssignal orientiert.
3- Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearisierungsschaltungsanordnung als nichtlinearer Spannungs-Frequenz-Wandler (l4b) ausgebildet ist.

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4. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftmassenmesser (11) einen Hitzdraht und/oder Heißfilm enthält.
5. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Frequenz-Wandler (l4) eine Reihenschaltung von Speicher (20), Vergleichsstufe (21) und Kippstufe (22, 4l) umfaßt und das Ausgangssignal der Kippstufe den Speicher mit Lade- und Entladequellen besehaltet.
6. Einrichtung nach Anspruch 5₃ dadurch gekennzeichnet, daß als Kippstufe (4l) eine monostabile Kippstufe mit quantisierbarer Zeitbasis mittels einer Zähl- und Dekodierschaltung dient.

7« Einrichtung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß das Entladesignal des Speichers (20) vom Eingangssignal des Spannungs-Frequenz-Wandlers abhängt.

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