DE2046543A1

DE2046543A1 - Steuerschaltung zum Regeln von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2046543A1
Application number: DE19702046543
Authority: DE
Inventors: Malcolm Sohhull Warwickshire; Hodgson Duncan Barry Leamington; Bertioli Michael Murray Lichfield; Williams (Großbritannien)
Original assignee: Joseph Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1969-09-23
Filing date: 1970-09-22
Publication date: 1971-07-08
Also published as: FR2062433A5; US3689753A; DE2046543C3; CA926497A; DE2046543B2

Description

Joseph Lucas (Industries) Limited 21. September 1970

Great King Street
Birmingham / England

Steuerschaltung zum Regeln von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung zum Regeln von Brennkraftmaschinen, insbesondere auf eine Steuerschaltung für Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, bei denen es häufig erforderlich ist, daß die Brennkraftmaschinen derart geregelt werden sollen, daß einige bestimmte Forderungen erfüllt werden. Beispielsweise soll ein Minimum an Emission von giftigen Auspuffgasen, ein Maximum an Kraftstoffersparnis oder ein höchster Wirkungsgrad erreicht werden. Die Regelung betrifft in den meisten Fällen die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine, sie kann indessen bei Brennkraftmaschinen mit einem Zündsystem auch in der Zeitsteuerung der Zündung liegen oder in einer Kombination 4h der Regelung der Zeitsteuerung der Zündung und der Kraftstoffeinspritzung liegen.

Die Steuerschaltung zum Regeln einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine erste Meßwertwandlereinrichtung, die ein erstes digitales Signal erzeugt, das ein erstes veränderbares Parameter der Brennkraftmaschine darstellt und das einen von einer Anzahl von Werten hat, die sich in Stufen von X ändern, durch eine zweite Meßwertwandlereinrichtung, die ein zweites digitales Signal erzeugt, das ein zweites veränderbares Parameter darstellt und das einen von einer Anzahl von Werten hat, die sich in Stufen von Y ändern, ferner durch einen Speicher an den das erste und zweite Ausgangssignal angelegt werden und der derart programmiert ist, daß er ein vorbestimmten Ausgarigsslgrial

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erzeugt, das von den Werten der beiden digitalen Signale abhängig ist, sowie durch eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Charakteristik der Brennkraftmaschine, die von dem Ausgangssignal aus dem Speicher betätigbar ist, und durch eine Einrichtung zum Verändern des genannten ersten digital Signals für einen gegebenen Wert des ersten veränderbaren Parameters, so daß die verschiedenen Ausgangssignale aus dem Speicher probeentnommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsschema eines Teiles eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Tafel für die Genauigkeit, deren Bedeutung in der Beschreibung erläutert ist,

Fig. 5 einen weiteren Teil der Schaltung, und

Fig. k ein Schaltungsschema eines zweiten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 wird bei der Schaltung von einem geeigneten Meßwertwandler 8 ein Signal erzeugt, der eine von den drei Veränderlichen der Brennkraftmaschine darstellt. Das sind die Drehzahl, die Winkelstellung der Drossel und der Druck im Ansaugrohr. Das Signal wird erzeugt In Gestalt eines drei-bit binären Wortes. Ein anderes drei-bit binäres Wort wird von einem anderen Meßwertwandler 9 erzeugt, der auf ein anderes der drei Parameter anspricht, und die beiden Worte werden an zwei Dekodierer 11 und 12 angelegt. Hierdurch ergeben sich acht Kombinationen für jedes digitale Signal, und für jedes Eingangssignal erregt der Dekodierer 11 eine von acht Eingangsleitungen 13 einer Dioden-Matrix. Der Dekodierer 12 erregt eine von acht Ausgangsleitungen 14 in Abhängigkeit seines Eingangssignals, und die Leitungen 14 steuern eine Schaltalnrlch-

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tung 15* die eine von acht Gruppen von fünf Leitungen 16 erregt, von denen jede eine jede der Leitungen 13 kreuzt, wobei Verbindungen, die erforderlich sind, von den Dioden hergestellt werden, die aus Gründen der Einfachheit mit Punkten angegeben sind. Eine Ausgangsleitung 21 ist an die erste Leitung 16 in jeder Gruppe anschließbar, und vier weitere Ausgangsleitungen 21 sind mit den anderen vier Leitungen Io in jeder Gruppe verbindbar, wobei an den Leitungen 21 eine Einrichtung 22 liegt, die die Zufuhr an Kraftstoff zur Brennkraftmaschine 23 steuert. Die gestrichelten Verbindungen innerhalb der Einrichtung 15 stellen selbstverständlich keine Dioden dar. . j

In der Zeichnung sind nur die Dioden, die mit den Leitungen 13 und der ersten der beiden Gruppen der Eingangsleitungen Io in Verbindung stehen, gezeigt, jedoch aufgrund eines Ausführungsbeispiels kann festgestellt werden, daß angenommen die 1 die Verbindung zweier Leitungen 13, 16 darstellt, dann, falls die ersten vier Gruppen von Leitungen Io erregt sind und die acht Leitungen 13 nacheinander erregt werden, folgende Ausgangssignale erhalten werden: 10000, 00100, 01001, 01100, 10100, 10010, Hill und 01000. In gleicher Weise, falls die Gruppe erregt wird, der Ausgang in den Leitungen 13, die erregt sind, der Reihe nachssein würde: 01100, 11001, 10101, 10000, 11001, 01101, 01111 und 11000. Es kann selbstverständlich festgestellt werden, daß der Ausdruck a "erregt", der bei einer Gruppe von Leitungen 16 angewendet wird, ganz einfach bedeutet, daß die betreffende Gruppe von Leitungen sich im Betrieb befindet, d.h. ist mit der Vorrichtung 22 verbunden. Das kann auf verschiedene Arten erreicht werden; beispielsweise kann die Schalteinrichtung 15 nach Empfang eines Eingangsimpulses auf der Leitung 14 einen Basisstrom an fünf Transistoren anlegen, die mit ihren Kollektor-Emitter-Bahnen dazu dienen, die geeignete Gruppe von fünf Leitungen Io mit den Leitungen 21 zu verbinden.

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Es kann festgestellt werden, daß obwohl ein 5-bit Ausgangsimpuls in diesem Ausführungsbeispiel erhalten wird, der Wert η in den Patentansprüchen in Abhängigkeit von der erforderlichen Genauigkeit von zwei aufwärts auch höher sein kann. Einige Ausgangsimpulse können die gleichen sein, die hierbei anzeigen, daß die gleiche Menge an Kraftstoff für verschiedene Arbeitsbedingungen erforderlich ist. Die genaue Bestimmung des Ausgangsimpulses für verschiedene Eingangsimpulse wird experimentell für eine gegebene Brennkraftmaschine festgelegt, wonach die gleiche Matrix für alle Brennkraftmaschinen dieser Art verwendet werden kann. Das Signal oder ein getrennt erhaltenes Signal kann verwendet werden, um die Zeitsteuerung der Zündung zu regeln, und in einigen Fällen kann die Zeitsteuerung der Zündung allen geregelt werden, indem als Parameter die Drehzahl und die Winkelstellung der Drossel verwendet werden. Die Art, in der die Menge von Kraftstoff und/oder die Zeitsteuerung geregelt wird, ist abhängig von dem Zweck des Regelsystems, jedoch ist die Anordnung insbesondere vorgesehen, um die Emission schädlicher Abgase herabzusetzen.

Die beschriebene Steuerschaltung erzeugt ein irnpirisch bestimmtes, abgestuftes Ausgangssignal in Rückwirkung auf zwei Eingangssignale, die in ihren Vierten ebenfalls abgestuft sind. Auf diese Weise, wenn die Eingangssignale als a und b bezeichnet werden und die Änderung in Stufen X und Y entsprechend erfolgt, dann kann unter Berücksichtigung von nur drei Vierten für jedes Parameter eine Tafel für die f-snauigkeit der Steuerschaltung wie folgt angegeben werden:

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Parameter a	Parameter b	Ausgangssignal
a	b	A
a	b+Y	B
a	b+2Y	C
a+X	b	D
a+X	b+Y	E
a+X	b+2Y	F
a+2X	b	G
a+2X	b+Y	H
a+2X	b+2Y	I

Es kann festgestellt werden, daß die Werte A bis I, die impirisch für die Brennkraftmaschine unter Steuerung bestimmt werden, sich im wesentlichen ändern, in Abhängigkeit von den absoluten Werten der Parameter a und b. Aufgrund dessen, daß das System digital ist, spricht das Ausgangssignal wachsend auf die Änderungen in den Zuständen der Brennkraftmaschine an, indem sich ein Parameter ändert. Auf diese Weise, angenommen, daß der Viert a konstant ist, jedoch das Parameter, das b steuert, veränderbar ist und für den Augenblick den Wert b aufweist, so ist das Ausgangssignal A_, jedoch indem sich b erhöht, bleibt das Ausgangssignal auf A stehen, bis der Wert b+Y erreicht ist, wonach sich das Ausgarigssignal plötzlich auf B ändert. B¹Ur viele Brennkraftmaschinen ist die Regelung dieser Art genügend fein, jedoch für einige Brennkraftmaschinen ist eine genauere Regelung erforderlich. Für diesen Zweck wird auf einen oder auf beide Parameter eine Wellenform mit einer Amplitude, die gleich dem halben Schritt ist (1/2X oder 1/2Y) aufgedrückt. Die Wellenform, die keine gleichgerichtete Komponente besitzt und in einem besonderen Ausführungsbeispiel eine dreieckige Form hat, die auf beide Parameter aufgedrückt wird, liegen

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die beiden Wellenformen um 90 außer Phase gegeneinander und haben die gleiche Frequenz. Die Wirkung dieser Maßnahme kann aus Fig. ersehen werden, die die Tafel für die Genauigkeit darstellt, wie sie vorstehend erwähnt wurde. Das Ausgangssignal ist aufgrund der aufgedrückten Wellenforraen eine Summe von bis zu vier des Wertes von A bis I. Beispielsweise, wenn die Parameter den Wert haben a + 3/2X und b + J>/2Y, dann ist das Ausgangssignal ohne aufgedrückte Wellenformen E. Es ist auch E mit den aufgedrückten Wellenformen, weil die Wertes des Ausgangssignals von F, B, D und H für die Nullzeit bestehen. Indessen betrachtet man den Fall, bei dem sich der a-Parameter ändert auf a + 7/4x. Ohne die Modifikation ist das Signal E. Mit Modifikation wird eine Probenahme des Wertes H für 1/4 der Zeit genommen, und das Ausgangssignal ist j5/4 E + 1/4 H. Falls sich das b-Parameter jetzt ändert auf b + 7/4Y, wird das Ausgangssignal 1/2E + 1/4F + 1/4H. Es kann festgestellt werden, daß auf diese Weise eine wesentlich genauere Regelung erreicht wird.

In einigen Fällen ist es erforderlich, nur einem der Parameter eine Spannung aufzudrücken. Das kann nützlich sein in den Fällen, in denen Variationen in einem Parameter wesentlich bedeutungsvoller sind als die Variationen in dem anderen Parameter.

Selbstverständlich kann festgestellt werden, daß es zahlreiche Möglichkeiten der Veränderung der Digitalsignale in der erforderlichen Weise gibt. Beispielsweise zeigt Fig. 3 eine Anordnung, in der eine von einem Meßwertwandler erzeugte analoge Spannung über einen Widerstand Jl an einen summierenden Verstärker J>2 angelegt wird, dessen Ausgangsimpuls an zwei Untersoheidunßsschaltungen 33, 34 angelegt wird. Die Schaltungen 33, 1)^ sprechen nur auf einen Eingangsimpuls an, das eine vorbestimmte Amplitude besitzt, und arbeiten entsprechend in Rückwirkung auf positive und negative Signale von dem Verstärker 32. Die Ausgangsimpulse aus den Schaltimgen 33> 3^ werden entsprechend an zwei UND-Gatter

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35 und 56 angelegt, von denen Jedes außerdem einen Eingangsimpuls von einer Zeitquelle 37 empfängt. Die Gatter 35 und 36 erzeugen Ausgangsimpulse an einen reversiblen, binären Zähler 38. Der Ausgang von diesem bildet den Eingang zum Dekodierer in Fig. 1.

Wenn ein Signal über einen Widerstand 31 empfangen wird, wird es über den Verstärker 32 an die Schaltung 35 angelegt, und angenommen, daß das Signal größer als die minimale Amplitude ist, die von der Schaltung 33 eingestellt ist, wird ein Ausgangsimpuls erzeugt, der das Gatter 35 einschaltet, so daß die Zeitquelle mit dem binären Zähler verbunden wird und bewirkt, daß der Zähler (j 38 arbeitet. Das Arbeiten des Zählers 38 schaltet aufeinanderfolgend die Transistoren 4l, 42, 43 ein, von denen jeder an den Eingang sum Verstärker 32 angeschlossen wird. Die Anordnung ist derart, daß für eine gegebene analoge Spannung, die durch den Widerstand 31 geleitet wird, der Zähler 38 einen stabilen Zustand einnimmt, in dem einer oder mehrere der Transistoren 41 bis 43 sich im leitenden Zustand befinden und das Gatter 35 abgeschaltet wird. Auf diese Weise ergibt der stabile Zustand des Zählers ein digitales Signal, das die analoge Spannung darstellt.

Um die erforderliche dreieckige Wellenform zu erzeugen, ist eine Schmitt-Trigger-Schaltung 44 vorgesehen, deren Ausgangs-Impuls an einen Integrator 45 angelegt wird, dessen Ausgangsimpuls seiner- % seits über einen Widerstand 46 an die Eingangsklemme des Verstärkers 32 angelegt wird. Di§fichaltung 44 besitzt zwei stabile Zustände, in denen sie zwei verschiedene Hohen der Ausgangsspannung besitzt. In einem Zustand erzeugt der Integrator 45 eine ansteigende Spannung, die mittels eines Widerstandes 47a zurück zur Schaltung 44 geführt wird, bis die Schaltung 44 in ihren alternativen Zustand umgeschaltet wird. Der Integrator 45 erzeugt dann eine abnehmende Spannung, die wiederum zurück zur Schaltung 44

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geführt wird, bis die Schaltung 44 wiederum ihren ersten Zustand einnimmt. Die Wirkung hiervon 1st, daß eine dreieckige Wellenform erzeugt und über den Widerstand 46 zu dem Verstärker 32 geleitet wird. Die Ausgangsspannung aus dem Verstärker 32 wird daher mit einer Amplitude abgestuft, die gleich der Höhe ist, die von den Schaltungen 33 und 34 eingestellt wird, die wiederum gleich der Spannungshöhe ist, die erforderlich ist, den Zähler 38 in eine Stellung vorzuschalten. Auf diese Weise wird die Wirkung erreicht, die mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wurde.

Selbstverständlich sind ein zweiter Verstärker 32 und die entsprechenden Bauteile für das andere Parameter vorgesehen, und es ist erforderlich, eine andere dreieckige Wellenform zu erzeugen, die um 90° außer Phase mit der oben beschriebenen Wellenform liegt und die dem Verstärker 22 zugeführt wird, der diesem anderen Parameter zugeordnet ist. Für diesen Zweck wird die Ausgangsspannung aus dem Integrator 45 außerdem zu einem Gleichheitsprüfer 47 geleitet, dessen Ausgang an einen weiteren Integrator 48 angelegt wird, der mit dem Verstärker 32 in Verbindung steht, der für den anderen Parameter vorgesehen ist. Der Gleichheitsprüfer 47 zeigt die Wellenform an, die von dem Integrator 45 erzeugt wird und vergleicht diese Wellenform mit einem Erdpotential, und da dieser Ausgangsimpuls hierauf von dem Integrator 48 integriert wird, wird eine Wellenform erzeugt, die um 90° außer Phase mit der ursprünglichen Wellenform ist, jedoch genau die gleiche Frequenz besitzt.

Es kann selbstverständlich festgestellt werden, daß sahireiche andere Möglichkeiten vorhanden sind, mit denen die digitalen Signale auf die erforderliche Weise verändert werden können.

Obwohl in Fig. 1 eine Form einer Matrix gezeigt ist, kann festgestellt werden, daß alles, was erforderlich ist, nur eine Art von Speicher ist, der programmiert werden kann, so daß er einen Aus-

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gangsimpuls liefert, die von zwei empfangenen Eingangsimpulsen abhängig ist. Dieser Speicher kann in einer Reihe von Formen ausgeführt werden, und nur als Beispiel ist eine zweite Form in Fig. gezeigt. Diese besondere Form eines Speichergerätes ist insbesondere nützlich bei der Regelung der Zeitsteuerung der Zündung.

Der Speicher, der in Fig. 4 gezeigt ist, besteht aus einer Anzahl von Einrichtungen 51* 52, 53, wobei festgestellt werden kann, daß die Anzahl der Einrichtungen beträchtlich größer sein kann als die gezeigten drei. Jede Einrichtung besteht aus einer Mehrzahl von parallelen Widerständen und Sehalterkombinationen und Meßwertwandlereinrichtungen 5^j die von einem der Parameter betätigbar sind, beispielsweise von der Drehzahl der Brennkraftmaschinen. Dieser Meßwertwandler erzeugt ein Digitalsignal, das über eine Schalteinrichtung 55 wirksam ist und einen Schalter in jeder der Einrichtungen 51, 52 und 53 schließt. Der gleiche Schalter wird in jeder der Einrichtungen geschlossen, so daß für einen gegebenen Wert eines Parameters der erste Schalter in jeder Einrichtung geschlossen wird. Jedoch indem der Wert ansteigt, wird der zweite Schalter in jeder Einrichtung geschlossen, anstelle des ersten, und dann der dritte usw. Die Ausgangsimpulse aus den drei Einrichtungen 51 bis 53 werden an eine Einrichtung 56 geleitet, die eine Mehrzahl von Schaltern enthält, einen für jede der Einrichtungen 53· Diese Schalter werden von einer Schalteinrichtung 57 gesteuert, die ihrerseits von einem Digitalsignal gesteuert wird, das von einer Meßwertwandlereinrichtung 58 erzeugt wird, die von dem anderen Parameter betätigbar ist, beispielsweise von dem Druck im Ansaugrohr. Auf diese V/eise wählt das erste Parameter den Schalter in jeder der Einrichtungen 51 bis 53> ^clG^ geschlossen wird, und wählt auf diese Weise einen von einer Mehrzahl von Widerständen aus, der mit der Einrichtung 56 verbunden v/erden soll. Das andere Parameter schließt nur einen der SchaLber in der Einrichtung 56 um zu bestimmen, welche der Einrichtungen 5I* 52

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oder 55 wirksam sein soll, und der Widerstand in dieser Einrichtung wird dann an einen Verstärker 59 angeschlossen, der eine Steuereinrichtung 61 betätigt, um die Zeitsteuerung der Zündung zu verändern.

Es kann festgestellt werden, daß es eine Mehrzahl von Wellenformen gibt, die verwendet werden können, um eine Interpolationssffekt zu erhalten. Ein weiteres spezifisches Ausführungsbeispiel ist die Verwendung einer dreieckigen Wellenform mit einer gleichmäßigen Anstieg- und Abfallkurve ohne eine gleichgerichtete Komponente, deren Amplitude halb so groß ist wie der Schritt, die an den Eingang eines Parmeters angelegt wird, und eineSägezahnwellenform mit der doppelten Frequenz, mit der Wellenform, die an Punkten plötzlich auf Null zurückkehrt, die mit den Spitzen und dreieckigen Wellenform zusammen fallen, und deren Amplitude gleich der Hälfte des Schrittes ist und die keine gleichgerichtete Komponente besitzen, die an das andere Eingangsparameter eingelegt wird.

Ohwohl es bevorzugt wird, jedes Eingangssignal um einen Betrag zu verändern, der nicht größer ist als der Schritt, ist es auch möglich, jedes Eingangssignal um einen Betrag größer als der Schritt zu verändern, vorausgesetzt, daß die Ausgangssignale aus dem Speicher in geeigneter Weise ausgewählt werden.

Es kann festgestellt werden, daß die Speichereinrichtung so angeordnet sein muß, daß, wenn eine Eingangssignal verändert wird, beispielsweise während es sich im Quadrat A in Fig. 2 befindet, der Speicher noch ein Ausgangsimpuls liefert, wenn das Signal dieses Quadrat verläßt, mit anderen Worten, der Speicher muß einen Umfang besitzen, über den hinaus das Signal sich nicht bewegt.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

( 1. !Steuerschaltung für Brennkraftmaschinen, die gekennzeichnet ist durch eine erste Meßwertwandlereinrichtung (8), die ein erstes digitales Signal erzeugt., das ein erstes veränderbares Parameter der Brennkraftmaschine darstellt und das einen von einer Anzahl von Werten hat, die sich in Stufen von X ändern, ferner durch eine zweite Meßwertwandlereinrichtung (9)* die ein zweites digitales Signal erzeugt, das ein zweites veränderbares Parameter darstellt und das einen von einer Anzahl von Werten hat, die sich in Stufen von Y ändern, ferner durch einen Speicher, an den das erste und zweite Ausgangssignal angelegt werden und der derart programmiert ist, daß er ein vorbestimmtes Ausgangssignal erzeugt, das von den Werten der beiden digitalen Signale abhängig ist, sowie durch eine Steuereinrichtung (22) zum Steuern einer Charakteristik der Brennkraftmaschine (2^), die von dem Ausgangssignal aus dem Speicher betätigbar ist, und durch eine Einrichtung zumVerändern des genannten ersten digitalen Signals für einen gegebenen Wert des erster.- veränderbaren Parameters, so daß die verschiedenen Ausgangssii'nale aus dem Speicher probe entnommen werden.
2. Schaltun·;; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste digitale Signal um einen Betrag veränderbar ist, der größer als X ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite digitale Signal um einen Betrag veränderbar ist, der größer a's I Ißt.
4. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale veränderbar sind, indem auf dje digitalen Signale zwei dreieckΊ:y- UellenforiTjen aufgedrückt werden, die um 90° außer Phase lie- ι..-..

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ORIGINAL

— jf. —
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der entsprechenden Wellenformen 1/2X und 1/2Y sind,

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