DE2336558A1

DE2336558A1 - Brennstoffsteuersystem fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2336558A1
Application number: DE19732336558
Authority: DE
Inventors: William R Seitz
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1972-09-14
Filing date: 1973-07-18
Publication date: 1974-03-28
Also published as: US3815561A; BR7306392D0; GB1397502A; JPS4968122A; JPS5564441U; DE2336558B2; JPS5241819B2; IT993233B; FR2329854A1; FR2329854B1

Description

Patentanwalt

Karl A. Brose

Dipi.-ing. 2336 558

D-8023 München - Pullach
Wienefsfr.2,T.Mdui.793O570,7931782

vln/au München-Pullach, 18. Juli 1973

5057-A

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48075, USA

Brennstoffsteuersystem für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Steuersysteme für Brennkraftmaschinen und insbesondere denjenigen Abschnitt des zuvor genannten Gebietes, welcher geschlossene Regelsysteme umfaßt. Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung ein geschlossenes Regelsystem, bei welchem die Abgase einer Brennkraftmaschine analysiert werden, um das Verhältnis der Luft /Brennstoffmischung, die von der Maschine verbraucht wird, anzuzeigen, wobei Signale erzeugt werden, um den Brennstoffabgabemechanismus zu modulieren, so daß dadurch eine Mischung mit bestimmtem Luft/Brennstoffverhältnis für die Maschine vorgesehen wird.

Brennstoffsteuersysteme in Form einer geschlossenen Schleife sind auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen gut bekannt, insbesondere auf demjenigen Abschnitt des Gebietes der Brennkraftmaschine, welcher den Heißgasturbinen-Maschinen zugeordnet ist, um kurzfristige und langfristige Eingangssteuerkorrekturen vorzusehen. Jedoch in Verbindung mit Maschine mit veränderlichem Brennkammervolumen, wie beispielsweise der Ma-

409813/0317

schine mit hin- und hergehendem Kolben oder mit Drehkolben (Wankel), sind die BrennstoffSteuersysteme mit geschlossener Schleife nicht gut bekannt. Bei einem bekannten System gelangt ein Abgas-Sauerstoffkonzentrationsfühler zur Anwendung, wobei ein Beispiel dieses Fühlers in der deutschen Patentanmeldung P' 03 3YfIf-O? (Kurz-Nr. 5056-A) beschrieben ist.

Dieses System basiert auf dem eigentlichen Ausgangssignal in Form einer Sprungfunktion des Sauerstoffkonzentrationsfühlers (wie in Figur 4 veranschaulicht), um direkt den Brennstoffabgabe-Steuermechanismus zu beeinflussen, so daß dadurch das Brennstoffvolumen oder -menge erhöht oder vermindert wird, die als eine Funktion der von der Maschine verbrauchten Luft abgegeben wird, wobei die Größe und die Geschwindigkeit der Korrektur eine Funktion des Ausgangssignals des Fühlers ist. Beim Arbeiten mit einem Brennstoffregelsystem mit geschlossener Schleife auf der Grundlage dieses Fühlers konnte man feststellen, daß die SigräLcharakteristik des Aus gangs Signa Is des Fühlers stark als Funktion der Fühlertemperatur schwankt und ebenso als Funktion des Alters des Fühlers schwankt. Während das charakteristische Ausgangssignal des Fühlers normalerweise einen vom hohen zum niedrigen verlaufenden Übergang an dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffmischverhältnispunkt aufzeigt, nimmt doch die Größe dieses Übergangs (und damit die Größe des Ausgangssignals) für einen alternden Sauerstofffühler ab und ist ebenso eine direkte Funktion der Fühlertemperatur, wie in Figur 4 veranschaulicht ist. Dies führt dann zu einem geschlossenen Regelsystem, welches am wenigsten während des Aufwärmzyklusses der Maschine und bis zu dem Zeitpunkt effektiv ist, bei welchem der Fühler seine normale Betriebstemperatur erreichte Da es bekannt ist, daß eine genaue Brennstoffs teuerung während des AufwärmzykluaBes sehr wichtig ist, um die Abgase von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, ist es Ziel

40981 3/0317

der vorliegenden Erfindung ein geschlossenes Regelsystem zu schaffen, welches die Abgase der Maschine überprüfen kann und die Brennstoffzufuhr zur Maschine steuern kann, welches unempfindlich gegenüber Temperatur und induzierten Schwankungen im Ausgangssignal des Fühlers ist. Mehr speziell ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein derartiges geschlossenes Regelsystem zu schaffen, welches voll auf die Schwankungen des Fühlerausgangssignals anspricht, die eine minimale Größe haben. In dieser Beschreibung soll mit "minimale Größe" eine Signalgröße von ca. 10 % der maximalen Signalgröße oder Signalhöhe gemeint sein. Es ist ebenso Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geschlossenes Regelsystem zu schaffen, dessen Ansprechverhalten nicht durch eine Verschlechterung der Fühlervorrichtung geändert wird.

Geschlossene Regelschleifen für Brennkraftmaschinen mit Brennkammern mit veränderlichem Volumen, bei denen die bekannten Sauerstoff-Fühler zur Anwendung gelangen, sehen ein Korrektursignal vor, welches direkt auf das Ausgangssignal des Fühlers bezogen ist. Wenn jedoch der Fühler altert, nimmt die Größe seines Ausgangssignals ab, so daß die Ansprechzeit der geschlossenen Regelschleife schrittweise abnimmt und sich eine Langzeitabnahme in dem Ansprechverhalten des geschlossenen Regelsystems einstellt, so caß die bekannten geschlossenen Regelschleifen dann sehr wenig Wert haben. Es ist somit auch Ziel der vorliegenden Erfindung, ein geschlossenes Regelsystem zu schaffen, dessen Ausgangseigenschaften nicht durch alterungsbedingte Änderungen im Fühlerausgangssignal geändert oder beeinflußt werden. Es soll durch die Erfindung speziell auch ein geschlossenes Regelsystem geschaffen werden, welches ein einheitliches Ansprechverhalten aufweist und zwar ohne Rücksicht auf Schwankungen in der Größe des Eingangssignals. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein geschlossenes Regelsystem'zu schaf-

40981 3/0317

fen, welches ein einheitliches Ansprechverhalten aufweist und zwar ungeachtet dem Alter und der Temperatur des Fühlers.

Man hat festgestellt, daß das typische Ausgangssignal des Fühlers, ungeachtet dem Alter des Fühlers oder der Betriebstemperatur des Fühlers, einen von einem hohen Wert zu einem niedrigen Wert oder von einem niedrigen oder zu einem hohen Signalwert verlaufenden Signalausschlag bei wenigstens einem zwischenliegenden Spannungswert des Ausgangssignals des Fühlers aufweist, der als "Übergangswert" bezeichnet werden kann. In einigen Fällen kann ein Fühler ein "Übergangsband" aufweisen, welches aus einer Vielzahl von Ausgangssignalwerten besteht, von denen Jeder ein Übergangswert sein kann. D.h., daß der maximale Signal-Niedrigspannungswert kleiner ist als der minimale Signai-Hochspannungswert und daß zwischen diesen zwei Spannungswerten Auslenkungen mit Nenn-Ausgangsspannungswert des Fühlers existieren, die vorteilhaft dazu verwendet werden können, eine Vergleichsschaltung so zu triggern, daß immer dann, wenn das Fühlerausgangssignal größer ist als der Übergangswert, die Vergleichsstufe ein Ausgangssignal erzeugt, welches eine erste bestimmte konstante Größe aufweist, welche Größe durch SchwankungendfcsB: in der Temperatur des Fühlers oder dem Alter des Fühlers unbeeinflußt bleibt. Darüber hinaus erzeugt die Vergleichsstufe immer dann, wenn das Ausgangssignal des Fühlers unter dem Übergangswert liegt, ein Ausgangssignal mit einer zweiten bestimmten konstanten Größe, die gegenüber der ersten bestimmten Größe unterschiedlich ist und die ebenfalls durch die Temperatur oder das Alter des Fühlers nicht beeinflußt wird. Das Ausgangssignal der Vergleichsstufe kann daher für den Brennstoffabgaberegier vorgesehen werden, um die Brennstoffmenge in dem ^uft/Brennstoffgemisch zu erhöhen oder zu vermindern, welches Gemisch der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von den Signalen des Fühlers zugeführt wird. Dieses System ist daher gegenüber Schwankungen unempfindlich, die sichaif

4Q981 3/0317

Schwankungen in der Temperatur des Fühlers zurückführen lassen und die sich aus einer Alterung des Fühlers ergeben können.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt:

Figur 1 ein geschlossenes Regelsystem nach der vorliegenden Erfindung in Blockschaltform;

Figur 2 eine elektronische Schaltung, die einen Abschnitt des Blockschaltbildes von Figur 1 betrifft;

Figur 3 eine elektronische Schaltung, die das Ausgangssignal der Schaltung von Figur 2 empfangen kann;

Figur 4 verschiedene Wellenformen von Signalspannungen, die von dem Sauerstoff-Fühler gemäß Figur 1 in Abhängigkeit von Schwankungen in der Temperatur des Fühlers und/oder dem Alter des Fühlers erzeugt werden können;

Figur 5 die Ausgangssignalspannung, die von der Vergleichsstufe von Figur 1 erzeugt wird;

Figur 6 einen vollen Zyklus der Spannungswellenform als eine Funktion der Zeit, die von der Schaltung gemäß Figur 3 erzeugt wird, um die Bi-ennstoffabgabe zu steuern; und

Figur 7 das Ausgangssignal, i^elches von der Schaltung gemäß Figur 3 erzeugt wird.

409813/0317

In Figur 1 ist ein Blockschaltbild des geschlossenen Regelsystems nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, welches einer Brennkraftmaschine 10 mit einer Brennkammer mit veränderlichem Volumen zugeordnet ist. Die Maschine 10 erzeugt einen Abgasstrom durch die Leitung 12, welcher Strom durch einen Abgasfühler 20 geprüft wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gelangt ein Sauerstoff-Fühler zur Anwendung, welcher den Prozentsatz der Sauerstoffkonzentration feststellen kann, die in dem Abgasstrom vorhanden ist. Nach dem Stand der Technik sieht dieser Sauerstoff-Fühler ein Ausgangssignal in Form einer virtuellen Sprungfunktion oder Stufenfunktion vor, welches direkt einem Brennstoffabgaberegier 50 zugeführt wird. Nachher vorliegenden Erfindung wird jedoch das Ausgangssignal des Sauerstoff-Fühlers einer Summiervorrichtung 30 zugeführt, die ebenso ein Signal mit einem festen Wert empfängt, welcher mit Einstellpunktwert bezeichnet wird. Die Ausgangsgröße der Summiervorrichtung 30 gelangt dann zu einer Vergleichsstufe 40, die ein Ausgangssignal erzeugt, welches einen ersten relativ kleinen festen Wert aufweist, wenn die Ausgangsgröße des Sauerstoff-Fühlers 20 den Einstellpunktwert überschreitet, und einen zweiten relativ hohen festen Wert aufweist, wenn ü: Ausgangsgröße des Sauerstoff-Fühlers 20 kleiner ist als der Exi* stellpunkt-wert. Dieses Ausgangssignal gelangt zu dem Brennstoffabgaberegler 50, um die Brennstoffmenge zu beeinflussen oder zu modulieren, welche der Maschine 10 zugeführt wird. Die Maschine 10 empfängt verschiedene Steuereingänge, wie dies bei 60 angezeigt ist, die beispielsweise aus einem Luftverbrauchsteuereingang in der Form einer Drosseleinstellung (die vom Fahrer gesteuert sein kann) bestehentenn, als auch aus anderen Eingängen bestehen kann, die gesteuert oder nicht gesteuert sein können, wie beispielsweise die an die Maschine angehängte Last, Zündungsvoreil- oder -nacheilsignale od-~r Modulation der Abgasrückführung (EGR), Der Brenn stoffab gab er t-gier 50 empfängt

409 5 13/0317

auch Informationen über die Komaiunikationsstrecke 70, die kennzeichnend für den Moment-zu-Moment-Betrieb der Maschine sind. Z.B. können bei bekannten Brennstoffeinspritzsystemen diese Wachrichten aus einer Information bestehen, welche die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine betrifft, die Tempeatur des Kühlmittels der Maschine, die Sichte der Luft, die von der Maschine angesaugt wird, und aus weiteren Eingangsinformationen, die für den Brennstoffabgaberegier 50 Eum Vorsehen einer Gesamtbrennstoffabgabesteuergröße nützlich sind. Der Brennstoffabgaberegler 50 steuert dann die Menge des an die Maschine über die Leitung SO abgegebenen Brennstoffs in Einklang mit diesen verschiedenen abgetasteten Parametern. Die geschlossene Regelschleife kann das Brutto-Brennstoffabgabe-Steuersignal in Einklang mit einem Korrekturfaktor modulieren, welcher von dem Sauerstoff-Fühler 20 bestimmt ist. Auf diese ¥eise wird das System automatisch entsprechend der Alterung der Maschine und anderen Komponenten, die dieser zugeordnet sind, wie beispielsweise der Brennstoffabgabemechanismus, die SGR-Komponenten der Maschinenventile und Dichtungen und irgendwelche anderen Komponenten, die direkt oder indirekt die Mengen der gemessenen, errechneten oder abgegebenen Luft und/oder Brennstoffes beeinflussen, kompensiert.

In Figur 2 sind die Summiervorrichtung 30 und die Vergleichsstufe 40 in einer repräsentativen und bevorzugten elektronischen Ausführung veranschaulicht. Die Summiervorrichtung 30 besteht aus einem Paar von miteinander verbundenen Widerständen 32, 3^, wobei der Widerstand 34 so angeordnet ist, daß er das Ausgangssignal von dem Abgasfühler 20 empfängt, und der Widerstand 32 so angeordnet ist, daß er ein Spannungssignal mit einem festen Wert von dem Potentiometer 36 empfängt. Die Widerstände 32, 34 sind an dem Schaltungspunkt 38 miteinander verbunden. Der Schaltungspunkt 38 ist mit einem Eingang eines Operationsverstärkers 42 verbunden. Der andere Eingang des

A09813/0317

Operationsverstärkers 42 führt zu einer festen Bezugsspannung, welche den Einstellpunktwert darstellt. Entgegengesetzt geschaltete Dioden 44, 45 schaffen einen Rückkoppingspfad für den Operationsverstärker 42, um maximale und minimale Ausgangssignalwerte aufzubauen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird die feste Bezugsspannung dadurch aufgebaut, indem man eine nicht regulierte Spannungsquelle B+ über einen Widerstand 41 mit der Kathode einer Zenerdiode 43 verbindet, deren Anode nach Masse oder Erde geführt ist. Diese geregelte Spannungsquelle ist ebenso an das Potentiometer 36 der Summiervorrichtung 30 angeschlossen und an den Sauerstoff-Fühler angeschlossen, um eine Bezugsspannung am Sauerstoff-Fühler vorzunehmen. Hierdurch erhält der Sauerstoff-Fühler die Möglichkeit, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches auf diesen Spannungswert bzw. mittleren Massepotentialwert so bezogen ist, daß bei Anwendung des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung auf ein Kraftfahrzeug, bei welchem eine Gleichstromversorgung mit dem Chassis an Masse (positiv oder negativ) von dem Sauerstoff-Fühler ein mittlerer Spannungswert als seine "Masse" verwendet wird, um sowohl positive als auch negative Spannungswerte (relativ zu dem mittleren Massepotential) für den Verstärker 42 vorzusehen. Das Potentiometer 36 muß so eingestellt werden, daß der Schaltungspunkt 38 sich auf einem Sparmungswert befindet, der gleich ist der Bezugsspannung, die durch die Zenerdiode 43 aufgebaut wird, dem Einstellpunktwert, wenn sich die Ausgangsgröße des Sauerstoff-Fühlers 20 auf dem Übergangswert befindet. D.h. es sollte der Einstellpunktwert so ausgewählt werden, daß er dem ausgewählten Übergangswert des Abgasfühlers entspricht. Es besteht ,jedoch auch die Möglichkeit, anstelle des Potentiometers 36 einen Spannungsteler zu veitenden, wobei eine Einstellbarkeit nicht erforderlich ist.

Figur 4 zeigt eine graphische Darstellung, welche die Ausgang-

4098 13/0317

Signalcharakteristik eines typischen Sauerstoff-Fühlers mit drei charakteristischen Ausgangssignalkurven veranschaulicht, wobei also bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffmischverhältnis eine von hoch nach niedrig verlaufende Auslenkung auftritt. Die mit 1 bezeichnete Kurve entspricht der maximalen Ausgangssignalauslenkung oder Ausschlag, der von einem neuen Fühler erzeugt wird, welcher auf seiner maximalen Betriebstemperatur arbeitet. Die Kurven 2 und 3 veranschaulichen die Ausgangssignalcharakteristik, die bei einem Sauerstoff -Fühler auftritt, der auf aufeinanderfolgend niedrigeren Temperaturen arbeitet oder der schrittweise älter ist. Die Signalkurve 1 weist eine maximale Auslenkung auf, die beispielsweise von einem Ausgangssignalwert von ca. 1,0 Volt ausgeht und bei einem Ausgangssignalwert von 0,1 Volt für eine Zunahme des Luft/Brennstoffverhältnisses endet, wobei die Auslenkung im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Mischverhältnis auftritt. Eine extreme Alterung der Vorrichtung oder ein Betrieb der Vorrichtung auf einer Temperatur, die weit unterhalb der normalen Betriebstemperatur liegt, führt zu einer minimalen Signalauslenkung von ca. 0,2 Volt. Im Falle des Fühlers, dessen Ausgangssignalcharakteristika hier veranschaulicht sind, überlappen sich die Signalcharakteristika der Kurven 1, 2 und 3 entsprechend einem schmalen Beraxh des Ausgangssignals (von ca. 0,05 Volt), wobei das Zentrum auf einem Wert von ca. 0,5 Volt gelegen ist, welches sich aus den verschiedenen Signalauslenkcharaktenstika ergibt. Das "Übergangsband" für diesen Fühler ist somit ca. 0,05 Volt breit und es kann'ein Nennwert von 0,5 Volt als kennzeichnender "Übergangswert" ausgewählt, werden. Der Einstellpunktvert würde dann so ausgewählt werden, daß er dem Übergangswert von 0,5 Volt entspricht.

Figur 5 veranschaulicht die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 40c Das Ausgangssignal der Vergleichsstufe zeigt einen Span-

4098 13/0317

nungssprung von einem Minimum zu einem Maximum von - 0,7 Volt bis + 0,7 Volt auf und zwar für wachsende V/erte des Fühlerausgangssignals, wobei der Sprung oder Auslenkung dann auftritt, wenn das Fühlerausgangssignal dem Einstellpunktwert gleich ist, in diesem Fall 0,5 Volt. Die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe ist daher unabhängig vorzeitlichen Schwankungen des Fühlerausgangssignals,beispielsweise aufgrund einer Alterung des Fühlers, und ist ebenso unabhängig von Temperaturbandschwankungen im Ausgangssignal des Fühlers, solange die minimale Fühlersignalauslenkung oder -sprung auftritt und durch den ausgev/ählten Ubergangswert verläuft.

Figur 3 zeigt nun eine elektronische Schaltung, welche die allgemeinen Funktionen des Brennstoffabgabereglers 50 durchführt. Die dargeiellte Schaltung besteht aus einem Hauptabschnitt des elektronischen Brennstoffeinspritzcomputers nach der deutschen Patentanmeldung P 23 05 506.3-13. Dieser Abschnitt soll ein Verfahren für die Modulation der Brennstoffabgabe in Abhängigkeit von Modulationsbefehlssignalen einer geschlossenen Schleifenregelung veranschaulichen. Die Schaltung nach dieser Figur besteht aus einem Paar von Stromquellen 101, 102, weic^_ wechselnd einem Paar von Zeitsteuerkapazitäten 103, 104 durcn ein Schalternetzwerk 105 angeschlossen werden, welches an den Anschlüssen 51, 52 Triggersignale empfängt. An den Anschlüssen 51, 52 (die nochmals der Übersichtlichkeit halber getrennt gezeigt sind) empfängt auch ein netzwerk 106 Triggersignale und steuert den 7,'ert der Spannung an der ausgev;ählten Kapazität 103, 104 und zv/ar vor dem Erzeugen des Einspritzbefehlssignals. Eine eine Schwelle vorgebende Schaltung 107 tastet die höchste Spannung ab, die an den Kapazitäten 103, 1^r-'' er seil eint und vergleicht diesen Wert mit dem "Jert, weicher durch das Signal aufgebaut wird, das επ Zingangsanschiuß 53 empfangen wird, um darin das BrennstoffeinsTsritzbefehlssignai

ύQ?8 * 3/03 1 7

Signal kann durch verschiedene bekannte Techniken hergeleitet werden, v/ie dies beispielsweise in der eben zuvor erwähnten Patentanmeldung beschrieben ist.

Die Stromquelle 101 besteht aus dem Transistor 108, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt eines Paares von spannungsteilenden V/id erständen 110, 111 verbunden ist und dessen Emitter mit dem Widerstand 112 verbunden ist, Die Widerstände 110 und 112 sind mit einer Potentiälquelle verbunden_? die mit B~ bezeichnet ist und der Widerstand 111 führt nach Masse-oder Erde. Die Stromquelle 102 besteht ähnlich aus einem Transistor 109, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt eines Spannungsteilers mit den V,'i der ständen 114, 115 verbunden ist und dessen Emitter mit dem Widerstand 116 verbunden ist, der zur Spannungsquelle B+ führt. Die Basis des Transistors 109 führt ebenso zu einem Modulationsnetzwerk 118, was im folgenden beschrieben werden soll. Diese Anordnung arbeitet so, daß sie unmittelbar bestimmbare Werte des .jeweiligen Stromflusses in den Kollektoren der Transistoren 108, 109 aufbaut. Der Kollektor des Transistors 108 ist mit den Kollektoren eines Transistorpaares 131, 132 verbunden. Ähnlich ist auch der Kollektor des Transistors 109 parallel zu den Kollektoren eines Transistorpaares 133, 134 geschaltet. Die Basisanschlüsse der Transistoren 131 und 134 sind über Widerstände 141, 142 zusammengeschaltet, während die Basisanschlüsse der Transistoren 132, 133 über die Widerstände 143, 144 zusanmengeschaltet sind. Der Verbindungspunkt der Widerstände 141, 142 ist mit dem Anschluß 51 verbunden, während der Verbindungspunkt der Widerstände 143, 144 mit dem Anschluß 52 verbunden ist. Die Emitter der Transistoren 131 und 133 sind mit der Kapazität 103 verbunden, während die Emitter der Transistoren 132 und 134 mit der Kapazität 104 verbunden sind. Die Schaltung ist so ausgeixt, daß ein Strom aus der Stromquelle 101 durch den Transistor I31 zur Kapazität 103 fließt und ebenso ein .">trora aus der Stromquelle 102 durch den Transistor 134

409813/0317

zur Kapazität 104, und zwar immer dann, wenn ein hohes Spannungssignal am Anschluß 51 erscheint und ein niedriges Spannungssignal am Anschluß 52 erscheint. Immer dann, wenn ein niedriges Spannungssignal am Anschluß 51 erscheint und ein hohes Spannungssignal am Anschluß 52 erscheint, fließt der Strom aus der Stromquelle 101 durch den Transistor 132 zur Kapazität 104, während der Strom aus der Stromquelle 102 durch den Transistor 133 zur Kapazität 103 fließt.

Die die Schwelle vorgebende Schaltung 107 empfängt ein Signal, welches beispielsweise kennzeichnend für einen Maschinenbetriebsparameter ist, wie beispielsweise den Ansaugrohrdruck. Dieses Signal wird am Anschluß 53 empfangen und es gelangt zur Basis des Transistors 172. Die Basis des Transistors 172 empfängt über die Dioden 161, 162 das Signal von einer der Kapazitäten 103, 104, deren angesammelte Ladung oder Spannung die höchste ist. Da die Emitter der Transistoren 171, 172 aneinander gekoppelt sind, wird einer dieser Transistoren leitend sein, was davon abhängt, welcher der Transistoren an seiner Basis den höheren Spannungswert aufweist. Menn der Spannungswert an der Basis des Transistors 171 den Spannungswert überschreitet, welcher am Schaltungseingangsanschluß 53 erscheint, so wird der Transistor 171 leitend und der Transistor 172 wird nichtleitend. Das Ende des Leitzustandes des Transistors 172 führt auch zur Beendigung des Leitzustandes des Transistors 173. Während der Transistor 172 sich im leitenden Zustand befand, war auch der Transistor 173 leitend und ein relativ hohes Spannungssignal, wie dies in Figur 7 veranschaulicht ist, war am Anschluß 54 vorhanden und zwar aufgrund der Spannungsteilerwirkung der Widerstände 182, 183. Das Ende des Leitzustandes des Transistors 173 führt jedoch dazu, daß am Anschluß 54 ein Signal entsprechend Massepotential oder Null erscheint und zwar aufgrund des Fehlens des Stromflusses durch

A098 1 3/0317

die Widerstände 182, 183. Dieses Ausgangssignal kann an irgendeine der bekannten Einspritzventil-Treiberschaltungen geführt werden, um ein Einspritzbefehlssignal abzugeben.

Die Schaltungsanordnung 106, welche die Entladung der Zeitsteuerkapazität und die anfängliche Ladung steuert, besteht aus einer Vielzahl von Bezugswerten aufbauenden Schaltungsabschnitten 210, 212 und 214, einem Paar von Entladeeinrichtungen 216, 218, einer Schaltereinrichtung 220 und einer Stromquelle 222. Die einen Bezugswert aufbauenden Mittel 210, 212 und 214 sind an die Stromversorgungsquelle B+ angeschlossen und bestehen jeweils aus Spannungsteilern 224, 226 und 228 und jeweils aus Signalspannungen führenden Transistoren 230, 232 und 234. Die spannungsführenden Transistoren 230, 232 und 234 sind so angeordnet, daß ihre Basisanschlüsse mit einem Abschnitt der Spannungsteilereinrichtung derart verbunden sind, daß ein bekannter Spannungswert an diesen ^scheinen kann und weiter sind ihre Emitter mit einem gemeinsamen Schaltungspunkt verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 230 und 232 sind miteinander gekoppelt und führen über eine Diodeneinrichtung 236 nach Masse oder Erde, während der Kollektor des Transistors 234 über eine getrennte Diodeneinrichtung 238 nach Masse oder Erde geführt ist. Die Kollektor/Diodenverbindung der Transistoren 230, 232 und der Diodenanordnung 236 ist zur Entladeeinrichtung 216 geführt, während die Kollektor/Diodenverbindung des Transistors 234 und der Diodenanordnung 238 mit der Entladeeinrichtung 218 verbunden ist.

Figur 6 zeigt nun einen vollständigen Zyklus einer Wellenform an den Kapazitäten 103, 104. Der Abschnitt der Wellenform von a bis f stellt die Spannung dar, welche dem Strom Ϊ* aus der Stromquelle 101 zugeschrieben werden kann, während der mit 4 bezeichnete Abschnitt denjenigen Abschnitt darstellt, wel-

409813/031?

23365S8

eher dem Strom Ip aus der Stromquelle 102 zugeschrieben werden kann. Die verschiedenen Pegeländerungen und Steigungen, welche in dem I^-Anfangsabschnitt der Wellenform vorhanden sind, lassen sich der Bezugswert aufbauenden Einrichtung 210, 212, 214 und den Lade- und Entladeeigenschaften der Kapazitäten unter dem Einfluß des Stromes I^ und der Entladeeinrichtung 216, 218 zuschreiben. Eine ähnliche Wellenform , die sich um 180° außer Phase mit dieser Wellenform befindet, wird an der anderen der Kapazitäten 103_f 104 erzeugt, so daß die Anfangspunkte a und f des ersten und des zweiten Abschnitts der Wellenformen an den Kapazitäten 103» 104 zeitlich koinzidieren und ebenso mit dem Empfeng sich gegenseitig ausschließender Triggersignale koinzidieren, welche an dan Anschlüssen 51, 52 empfangen werden. Der Smpfang eines relativ hohen Signals am Anschluß 51 führt zu einem schnellen Ablaß der in der Kapazität 103 gespeicherten Energie und zu einer daraus resultierenden Zuführung des Stromes I^ zur Kapazität 103, um diese Kapazität zu laden. Die an&er Kapazität erscheinende Spannung und zwar aufgrund der Zuführung des Stromes I^ und moduliert durch die Wirkung der einen Bezugswert aufbauenden Einrichtung 210, 212, führt zu einer Spannungswellenform, welche an der Kapazität IG , scheint und in Figur 6 gezeigt ist und zwar von den Punkten a bis b, c, d, e und zum Punkt f der Kurve in Figur 6. Bei dem Punkt T^, welcher zeitmässig dem Punkt f entspricht, werden

die Triggereingangsgrößen, welche an den Eingangsanschlüssen 51, 52 empfangen werden, umgedreht, so daß die Kapazität 103 den Strom Ip empfängt. Der Wert des Stromes Ip ist eine Funktion der Spannung am Baäsanschluß des Transistors 109 und dieser lädt die Kapazität 103 auf, wie dies aus dem Abschnitt der Kurve hervorgeht, die mit 4 in Figur 6 gekennzeichnet ist. Ein repräsentativer Schwellenwert ist in Figur 6 in Form einer strichlierten Linie 5 gezeigt und der zweite Abschnitt der Kurve ^L schneidet die Schwelle 5 zu einer. Zeitpunkt T^, Die

U 0 3 8 1 : / 0 3 1 7 ;

Schaltung von Figur 3 arbeitet daher derart, daß sie einen Brennstoffstrom der Maschine zuführt und zwar für die Zeitperiode zwischen T^ und T^.

In Figur 3 ist nun das Modulationsnetzwerk oder Einrichtung

118 mit der Basis des Transistors 109 über den Widerstand

119 verbunden. Wie gezeigt ist, besteht die Modulationseinrichtung 118 aus einem Operationsverstärker 120 mit einer Kapazität 121 in einer Rückkopplungsschleife, welche mit dem invertierenden Eingang verbunden ist, der ebenso über den Widerstand 122 mit einem Anschluß 123 verbunden ist. Dieser Anschluß steht direkt mit einem ähnlich bezeichneten Anschluß der Vergleichsstufe 40 von Figuren 1 und 2 in Verbindung. Nach dem Empfang eines Ausgangssignals aus der Vergleichsstufe, wie dies in Figur 5 gezeigt ist, erzeugt der Operationsverstärker an der Basis des Transistors 109 eine Ausgangsspannung, die entweder im Falle eines negativen Eingangssignals von der Vergleichsstufe 50 schrittweise zunimmt, oder im Falle eines positiven Eingangs von der Vergleichsstufe 40 schrittweise abnimmt, so daß also inkrementelle Einheiten der Basistreiberspannung des Transistors 109 hinzugefügt oder von dieser abgezogen werden. Dies führt zu einer Zunahme oder zu einer Abnahme der Größe des Stromes I₂ und damit ändert sich die Steigung der rampenförmig verlaufenden Spannung an der Kapazität 103, 104, die diesen Strom empfängt. Gemäß Figur 6 führt dies zu einer Kurve, die für abnehmende ¥er"tedes Stromes Ip mit 4b bezeichnet ist und für zunehmende ¥erte des Stromes I₂ mit 4a bezeichnet ist. Es sei erwähnt, daß die Abweichungen zwischen den Kurven 4a, 4b und 4 stark übertrieben dargestellt sind. Aus Figur 7 ergibt sich nun, daß die Schaltung von Figur 3 und die Kurve 4a einen Brennstoffeinspritzbefehlsimpuls hervorrufen, dessen Dauer von T^ bis T₂ reicht, während die Kurve einen Brennstoffeinspritzbefehlsimpuls bedingt, der eine Dauer

4098 13/0311

von T₁ bis T, hat und die Kurve 4b einen Brennstoffeinspritzbefehlsimpuls bedeutet, der von T₁ bis T^ reicht. Es läßt sich somit erkennen, daß für einen gegebenen Satz von Betriebsbedingungen für die Maschine, unterstützt durch die Tatsache, daß die Schwellenlinie oder Kurve 5 in Figur 6 unveränderlich ist, die Brennstoffmenge, welche an die Maschine abgegeben wird, durch das geschlossene Regelsystem nach der vorliegenden Erfindung verändert werden kann, um das Luft/Brennstoffverhältnis auf einem bestimmten Viert zu halten.

Man kann somit erkennen, daß die einga-ngs genannte Aufgabe durch die vorliegende Erfindung gelöst wird. Durch Vorsehen einer Vergleichsstufe, welche auf den Fühler mit festem maximalen und minimalen Wert anspricht und welche in Abhängigkeit von den Fühlersignalauslenkungen durch den ausgewählten Übergangswert dazwischenschalttar ist, wird die Eigenschaft des geschlossenen Regelsystemsignals, welches dem Brennstoffabgaberegier zugeführt wird, von Schwankungen in der Charakteristik des Fühlersignals unabhängig gemacht, so daß das Ansprechverhalten des Brennstoffabgabereglers einheitlich ist und nur auf Schwankungen der Maschinenausführung hinsichtlich des Einstellpunktes anspricht.

Die vorliegende Erfindung schafft somit ein geschlossenes Steuer- oder Regelsystem für eine Brennkraftmaschine, welches auf Signale anspricht, die kennzeichnend für das Vorhandensein oder das Fehlen von Sauerstoff in dem Abgas der Maschine sind und welches ein Ausgangssignal erzeugt, das einem Brennstoffabgaberegler zugeführt wird und bewirkt, daß dieser Brennstoffabgaberegler die Brennstoffabgäbe bei Vorhandensein von Sauerstoffmolekülen im Abgas erhöht und dieBrennstoffabgabe bei Fehlen von Sauerstoffmolekülen im Abgas erniedrigt, um die Brennstoffaufgabe auf einem bestimmten, in&evorzugter Weise stö-

4098 1 3/0317

chiometrischen Luft/Brennstoffmischverhältnispunkt zu halten.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

409813/0317

Claims

2335558 PATENTANSPRÜCHE

1. Brennstoffsteuersystem für Brennkraftmaschinen mit einer Fühlereinrichtung, die auf Zustände der Maschine anspricht und Signale erzeugt, die kennzeichnend für Betriebsparameter der Maschine sind, weiter mit einer Computereirrichtung, die auf die Signale der Fühlereinrichtung anspricht und ein Brennstoffabgabebefehlssignal erzeugt, welches die Brennstoffanforderung der Maschine wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Fühler (20) vorgesehen ist, welcher einen variablen Betriebsparameter der Maschine überwacht und ein Ausgangssignal mit einer veränderlichen Charakteristik erzeugt, die kennzeichnend für die Qualität des Verbrennungsprozesses innerhalb der Maschine ist; eine signalverarbeitende Einrichtung (30, 40), die auf das Fühlersignal anspricht und ein weiteres Ausgangssignal erzeugt, welches eine bestimmte konstante Signalcharakteristik aufweist, die kennzeichnend für Qualitätsabweichungen des Verbrennungsprozesses von einer bestimmten Qualität ist; und daß Modulationseinrichtungen (118) vorgesehen sind, die das weitere Ausgangssignal empfangen und d" Brennstoffabgabebefehlssignal in Abhängigkeit von dem weiteren .. gangssignal modulieren.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Charakteristik des Fühlersignals aus einer Ablenkung oder Auslenkung von einem relativ hohen Signal auf ein relativ niedriges Signal für ein zunehmendes Luft/Brennstoff verhältnis besteht, wobei die Auslenkung im wesentlichen bei einem ausgewählten Luft/Brennstoffverhältnis erfolgt, urö daß weiter die signalverarbeitende Einrichtung (30, AQ) eine einen Bezugswert aufbauende Einrichtung (30) umfaßt, die einen Einstellpunktwert aufbaut; weitere eine Vergleichsstufe (AO)

409813/0317

umfaßt, welche das Einstellpunktwert-Signal und das Fühlersignal empfängt und ein weiteres Ausgangssignal bei einem ersten Signalwert oder Pegel erzeugt, wenn das Einstellpunkt-' wert-Signal das Fühlersignal überschreitet, und das weitere Ausgangssignal bei einem zweiten Signalwert oder Pegel erzeugt, wenn das Fühlersignal kleiner ist als das Einstellpunktwert-Signal.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeidnet, daß die Modulationseinrichtung (118) Mittel (120) enthält, die auf den ersten und den zweiten Wert des weiteren Ausgangssignals ansprechen, um das Brennstoffabgabebefehlssignal steuerbar zu modulieren, so daß die an die zugeordnete Maschine abgegebene Brennstoffmenge moduliert wird und zwar unabhängig von Schwankungen in der Brennstoffabgabe, die veranlaßt wird, um Änderungen in den Betriebsparametern der Maschine Rechnung zu tragen, so daß dadurch der Brennstoffgehalt der brennbaren Luft /Brennstoffmischung, die der Maschine zugeführt wird, so verändert wird, daß ein bestimmtes Luft/Brennstoffverhältnis in der brennbaren Mischung aufrechterhalten wird.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellpunktwert so ausgevählt ist, daß er zwischen dem relativ hohen Fühlersignalwert und dem relativ niedrigen Fühlersignalwert gelegen ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch .rekennzeichnet, daß der Einstellpunktwert so ausgewählt ist, daß er innerhalb des Übergangs- oder Sprungfunktionsbandes des Fühlers liegt.

6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellpunktwert so ausgewählt ist, daß er einem Wert des Ausgangssignals des Fühlers entspricht, welcher dem Übergangswert entspricht.

4098 13/0317

Leerseite