DE2337762A1

DE2337762A1 - Geschlossenes brennstoffregelsystem fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2337762A1
Application number: DE19732337762
Authority: DE
Inventors: William R Seitz
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1972-09-18
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1974-04-04
Also published as: JPS56121831A; BR7306825D0; JPS4975928A; US4287865A; GB1398968A; JPS5713737B2; JPS5035168B2; IT1045389B

Description

Patentanwalt

Kar! A. Brose

Dip!.-Ing.

D-8023 München - Pullach
Wieaersir. 2. Γ. Mdu. 7930570.7931782

vln/au München-Pullach, 18. Juli 1973

5058-A

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

Geschlossenes Brennstoffregelsystem für Brennkraftmaschinen.

Zusatz zu Patent (Patentanmeldung

P 23 36 558.4 - Kurz-Nr. 5057-A)

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Regelsysteme für Brennkraftmaschinen mit veränderlichem Brennkammervoluraen im allgemeinen und betrifft insbesondere denjenigen Abschnitt des genannten Gebietes, welcher sich mit geschlossenen Regelsystemen beschäftigt. Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung eine geschlossene Regelschleife oder geschlossenes Regelsystem, in welchem die Abgase einer Brennkraftmaschine analysiert werden, um das Verhältnis der Luft/Brennstoffmischung, die von der Maschine verbraucht wird, anzuzeigen, und von welcher Signale erzeugt werden, um den Brennstoffabgabemechanismus zu modulieren, so daß der Maschine eine Mischung mit einem bestimmten Luft/ Brennstoff verhältnis angeboten wird.

Gemäß dem Vorschlag nach der deutschen Patentanmeldung P 23 36 558.4 (Kurz.Nr. 5057-A) wird ein Ausgangssignal von

409814/0334

einem Verbrennungsqualitätsfühler der Maschine vorgesehen und zu einer Addiervorrichtung geschickt, welche dieses Signal mit einem aufgebauten Bezugssignal vergleicht, um eine Vergleichsstufe zu treiben, so daß zwischen aufgebauten hohen und niedrigen Grenzen geschaltet wird, welche Grenzen durch Temperatureinfluß der Umwelt auf den Fühler oder durch Alterung des Fühlers nicht beeinflußt werden. Das Signal der Vergleichsstufe wird/lann einem Brennstoffabgaberegier zugeführt, um die Brennstoffabgabe zu modulieren. Bei der Anwendung dieses Systems auf einen Brennstoffsteuermechanismus einer Brennkraftmaschine hat man festgestellt, daß die Maschine einen Oszillationsbetrieb oder Grenz zyklusbetrieb aufweist und zwar aufgrund der starken Nichtlinearität der Vergleichsstufe in dem System. Die Frequenz der Schwingung hängt von den dynamischen Eigenschaften der Maschine ab und sie betrug normalerweise einen kleinen Bruchteil von der Triggerungsfrequenz des zugeordneten Brennstoffeinspritzsystems. Die Größe der Schwingung hing vondsr offenen Schleifenverstärkung (K) des Systems ab. Die Übergangsansprechzeit des Systems hing ebenfalls von dieser Verstärkung ab.

Diese zwei Faktoren stehen sich diametral gegenüber, da eine große Verstärkung zu einer kurzen Ansprechzeit führt, Jedoch auch eine große Amplitude der Grenzkurve bewirkt, während eine kleine Verstärkung die Amplitude der Grenzkurve (limit cycle) reduziert, jedoch die Systemansprechzeit größer wird. Es ist somit Ziel der vorliegenden Erfindung, ein geschlossenes Regelsystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wel-

ein

ches auf/die Qualität des^rbrennungsprozesses wiedergebendes Signal anspricht, der innerhalb der Maschine auftritt, und welches die Qualität des Verbrennungsprozesses auf oder nahe bei einem gewünschten Wert halten kann, indem es eine kurze Ansprechzeit bei Abweichungen in der Qualität des Ver-

408814/0334

brennungsprozesses vorsieht, dabei jedoch die Qualität des Verbrennungsprozesses nahe dem gewünschten Wert gehalten wird und eine kleinere Grenzkurvenamplitude vorhanden ist. Bei der Anwendung dieses geschlossenen Regelsystems bei einer Brennkraftmaschine als Einrichtung air Regung der Menge der von der Maschine erzeugten Verunreinigungen, ist eine kurze Ansprechzeit sehr gefragt, jedoch führte die große Amplitude der Grenzkurve (amplitude limit cycle), die eine kurze Ansprechzeit begleitet, zu einem System gemäß dem Stand der Technik, welches fortwährend über einen breiten Bereich nach einem , richtigen Wert oder Pegel der Signalausgangsgröße gesucht hat. Das System führte daher rieht zu dem Grad der Verunreinjgungssteuerung, welcher gewünscht wurde. Es ist somit Ziel der vorliegenden Erfindung, das zuvor beschriebene System so zu verbessern, daß die Amplitude der Grenzkurve reduziert wird, jedoch eine kurze Ansprechzeit beibehalten wird. Ebenso ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System mit einem Brennstoffregler-Eingangssignal zu schaffen, welches eine "abgeschwächte" Nichtlinearität aufweist.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Schwingungsstabilisationssignal mit fester Amplitude vorgesehen und wird der Addiervorrichtung zugeführt, um die Vergleichsstufe zwischen ihren Ausgangssignalgrenzen steuerbar und programmierbar zu treiben, worauf sich eine gesteuerte und leichte Oszillation der Brennstoffmenge einstellt, die an die Maschine abgegeben wird. Indem man die Amplitude des Stabilisationssignals so aufbaut, daß sie kleiner ist als die erwartete oder tolerierbare minimale Differenz zwischen dem Einstellpunktwert (für ein Rechteckwellenstabilisationssignal) und dem Sauerstoff-Fühlersignal, und indem man weiter die Frequenz des Stabilisationssignals so aufbaut, daß sie leicht oberhalb der Bandpaßfrequenz des geschlossenen Schleifensystems liegt, wird das

4098U/0334

geschlossene Schleifensystem bzw. Regelsystem nach der vorliegenden Erfindung dazu befähigt, eine kurze Ansprechzeit mit einer kleinen Grenzkurvenamplitude zu vereinen. Die Stabilisationssignalfrequenz kann die Triggerfrequenz eines elektronischen Brennstoffeinspritzsystems sein, welches zwei Gruppen von aufeinanderfolgend betätigten Einspritzventilen auieist. Für Stabilisationswellenformen, die von der Rechteckform abweichen, wie beispielsweise eine sinusförmige Wellenform oder eine dreieckige Wellenform, weiß man, daß eine Spitzen-zu-Spitzen-Veränderung, die gleich der erwarteten oder tolerierbaren minimalen Differenz zwischen dem Einstellpunktwert und dem Verbrennungsciualität-Fühlersignal ist, zu dem besten Betrieb führt, und man jedoch auch weiß, daß eine Spitzen-zu-Spitzen-Amplitude, die KLeiner ist als die Hälfte der minimalen erwarteten oder tolerierbaren Differenz, nicht für die Lebensdauer des Systems und den Abfall (decay) in der Differenz zwischen den Signalen über die Lebensdauer des Fühlers angemessen ist.

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 vorliegaaden Erfindung in Blockschaltform;

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

Figur 3 eine elektronische Schaltung, welche das Ausgangssignal der Schaltung von Figur 2 empfängt;

Figur 4 verschiedene Spannungssignalwellenformen, die durch den Sauerstoff-Fühler von Figur 1 in Abhän-

A098U/033A

gigkeit von Schwankungen in der Fühlertaperatur und/oder Alter erzeugt werden;

Figur 5 kennzeichnende Spannungsausgangssignale, die von der Vergleichsstufe der Figur 1 als Funktion der Zeit erzeugt werden;

Figur 6 einen vollen Zyklus der Spannungswellenform als Funktion der Zeit, welche von der Schaltung gemäß Figur 3 erzeugt wird, um die Brennstoffabgabe zu steuern oder zu regeln, welche auch zwei kennzeichnende Änderungen aufleist, die in Abhängigkeit von dem geschlossenen Regelsystem nach der Erfindung erzeugt werden;

Figur 7 das von der Schaltung gemäß Figur 3 erzeugte Ausgangssignal in Abhängigkeit von den Spannungswellenformen von Figur 6; und

Figur 8 das effektive Ausgangssignal der Vergleichsstufe, welches gemäß der Erfindung als Funktion des Fehlersignals für verschiedene Stabilisationssignalwellenformen über eine Zeitperiode von mehreren Zyklen des Stabilisationssignals erzeugt wird.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines geschlossenen Regelsystems nach der vorliegenden Erfindung, welches bei einer Brennkraftmaschine 10 mit veränderlichem Brennkammervolumen zur Anwendung gelangen kann. Die Maschine 10 erzeugt einen Abgasstrom durch die Leitung 12 und dieser Strom wird durch einen Verbrennungsqualitäts-Fühler der Maschine geprüft, und zwar bei dem vorliegenden Fall durch den Abgasfühler 20. Bei de» vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel gelangt ein

409814/0334

Sauerstoff-Fühler zur Anwendung, welcher den Prozentsatz der Sauerstoffkonzentration bestimmen kann, welche in dem Abgasstrom vorhanden ist. Das Ausgangssignal des Sauerstoff-Fühlers gelangt zu einer Addiervorrichtung 30, die ebenso ein Signal mit einem festen Wert empfängt, welcher als Einstellpunktwert bezeichnet wird, und empfängt weiter erfindungsgemäß ein Signal vom Oszillator 90, was im folgenden beschrieben werden soll. Die Ausgangsgröße der Addiervorrichtung 30 gelangt dann zu einer Vergleichsstufe 40, die ein Ausgangssignal mit einem ersten ÄLativ kleinen festen Wert erzeugt, wenn die Ausgangsgröße desSauerstoff-Fühlers 20 den Einstellpunktwert überschreitet, und einen zweiten relativ hohen festen Wert aufweist, wenn die Ausgangsgröße des Sauerstoff-Fühlers 20 kleiner ist als der Einstellpunktwert. Dieses Ausgügssignal gelangt zum Brennstoff abgaberegier 50, um die für die Maschine 10 vorgesehene Brennstoffmenge zu beeinflussen oder zu modulieren. Die Maschine 10 empfängt verschiedene Steuereingänge, wie dies bei 60 angezeigt ist, die beispielsweise auf einem Luftverbrauchsteuereingang in Form einer Drosseleinstellung (die vom Fahrer gesteuert sein kann) als auch andere Eingänge umfaßt, die gesteuert oder nicht gesteuert sein können, wie beispielsweise die an die Maschine angehängte Last, sind Voreil- oder Nacheilsignale oder die Modulation der Abgasrückführung (EGR). Der Brennstoffabgaberegier 50 empfängt auch eine Nachricht über die Verbindungsleitung 70, die kennzeichnend für den Moment-zu-Moment-Betrieb der Maschine ist. Bei den bekannten Brennstoffeinspritzsystemen kann diese Nachricht aus einer Information über die Umdrehungszahl der Maschine bestehen, der Temperatur des Kühlmittels der Maschine, der Dichte der Luft, die von der Maschine angesaugt wird und aus weiteren Eingangs informationen bestehen, die für den Brennstoff abgaberegier 50 zum Vorsehen einer Brutto-Brenns to ff ab gäbe Steuergröße nützlich sind.

4098U/0334

Die Summiervorrichtung 30 empfängt auch das Oszillations-Stabilisationssignal vom Oszillator 90 nach der Erfindung. Die hier bevorzugte Form des Signals ist ein Bechteckwellensignal, es sind jedoch auch andere Wellenformen, wie beispielsweise Dreiecksform und Sinusform ebenso möglich. Die Amplitude der von dem Oszillator 90 erzeugten Wellenform sollte so ausgewählt werden, daß sie kleiner ist als die minimale zu erwartende Abweichung zwischen dem ausgewählten Einstellpunktwert (nach der zuvor erwähnten Hauptpatentanmeldung) und dem Ausgangssignal, welches von dem Fühler 20 für ein Rechteckwellenstabilisationssignal erzeugt wird. Die Frequenz des Signals sollte leicht oberhalb der geschlossenen Schleifen-Bandpaßfrequenz liegen. Da der Bandpaß eine Funktion der Maschinenausführungsform ist, besteht eine erste Annäherung, die vollkommen für den Fall eines Brennstoffeinspritzsystems für eine Vierzylinder-Maschine angemesBen ist, die eine Verdrängung von 2.000 ecm aufweist und bei welcher in zwei außer Phase befindlichen Zylindergruppen eingespritzt wird und von der man weiß, daß sie eine günstige Frequenz für andere Anwendungsiälle darstellt, in der Triggerfrequenz, welche von dem Brennstoffeinspritzsystem verwendet wird. Demnach kann der Oszillator 90 aus einem bistabilen Multivibrator bestehen, welcher durch einen Trigger 91 synchron mit der Triggerung eines Brennstoffeinspritzsystems getriggert wird, welches einen diskreten Einspritzimpuls für zwei Gruppen von aufeinanderfolgend betätigten Einspritzventilen vorsieht.

Der Brennstoffabgaberegler 50 steuert dann die Brennstoffmenge, welche über die Leitung 80 in Einklang mit diesen verschiedenen abgetasteten Parametern an die Maschine abgegeben wird. Der geschlossene Regelkreis moduliert das Brutto-Brennstoffabgabesteuersignal in Einklang mit einem Korrekturfaktor, welcher durch den Sauerstoff-Fühler 20 bestimmt wird. Auf die-

A098U/0334

se Weise wird das System automatisch hinsichtlich der Alterung der Maschine und hinsichtlich anderer Komponenten, die diesem zugeordnet sind, wie beispielsweise der Brennstoffabgabemechanismus, die EGR-Komponenten, die Maschinenventile und -dichtungen und irgendwelche anderen Komponenten, die direkt oder indirekt die gemessenen, errechneten oribr abgegebenen Luftmengen und/oder Brennstoffmengen bednflussen, automatisch kompensiert.

In Figur 2 sind die Summiervorrichtung 30 und die Vergleichsstufe 40 in einer repräsentativen und bevorzugten elektronischen Ausführungsform veranschaulicht. Die Summiervorridtung besteht aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Widerständen 32, 33, 34, wobei der Widerstand 34 so angeordnet ist, daß er das Ausgangssignal vom Abtastfühler 20 empfängt, der Widerstand 32 so angeordnet ist, daß er ein Spannungssignal mit einem festen Wert vom Potentiometer 36 empfängt und der Widerstand 33 so angeordnet ist, daß er das Stabilisationssignal vom Oszillator 90 empfängt. Die "Widerstände 32, 33, 34 sind am SchaÄmgspunkt 38 miteinander verbunden. Der Schaltungspunkt 38 steht mit einem Eingang eines Operationsverstärkers 42 in Verbindung. Der andere Eingang zu dem Opeationsverstärker 42 führt zu einer festen Betriebsspannung, welche den Einstellpunkt-wert widergibt. Parallel geschaltete und entgegengesetzt gepolte Dioden 44, 45 schaffen einen Rückkopplungspfad für den Opeationsverstärker 42, um die maximalen und minimalen Signalausgangswerte herzugeben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die feste Bezugsspannung dadurch aufgebaut, indem man eine nicht regulierte Spannungsquelle B+ über einen Widerstand 41 zur Kathode einer Zenerdiode 43 führt, deren Anode mit Masse verbunden ist. Diese geregelte Spannungsquelle ist auch an das Potentiometer 36 der Summiervorrichtung 30 angeschlossen und ebenso an den Sauerstoff-Fühler angeschlossen, um eine Bezugsspannung oder mittleres Massepotential am Sauer-

A098U/0334

stoff-Fühler vorzusehen. Dies ermöglicht es, daß der Sauerstofffühler ein Ausgangssignal erzeugt, welches auf den mittleren Massepotentialwert so bezogen ist, daß bei der Anwendung des Gegenstandes der Erfindung auf ein Kraftfahrzeug , welches eine Gleichspannungsversorgung mit geerdetem oder an Masse liegendem Chassis (positiv oder negativ) aufweist, ein mittlerer Spannungswert von dem Sauerstoff-Fühler 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 sollte so eingestellt werden, daß bei Abwesenheit eines Signals aus dem Oszillator 90, der Schaltungspunkt 38 sich auf einem Spannungswert befindet, der äquivalent dem Bezugsspannungswert ist, welcher durch die Zenerdiode 43 aufgebaut wird, dem Einstellpunkt-wert, der Ausgang aus dem Sauerstoff-Fühler 20 sich auf dem Übergangswert befindet. D.h. der Einstellpunktwert soll so ausgewählt werden, daß er dem ausgewählten Übergangswert des Abgasfühlers entspricht. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, anstelle des Pototiometers 36 einen Spannungsteiler zu verwenden, wenn eine Einstellbarkeit nicht erforderlich ist.

In Figur 4 ist eine grafische Darstellung gezeigt und diese gibt den Verlauf des Ausgangssignals des typischen Sauerstofffühlers wieder, wobei drei charakteristische Kurven des Ausgangssignals gezeigt sind, welche eine von einem hohen Wert zu einem niedrigen Wert verlaufende Auslenkung bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffmischungsverhältnis aufweisen. Die mit 1 bezeichnete Kurve entspricht dem maximalen Ausgangssignal bzw. Signalauslenkung, die von einem neuen Fühler erzeugt wird, der auf seiner maximalen Betriebstemperatur arbeitet. Die Kurven 2 und 3 veranschaulichen den Verlauf des Ausgangssignals, welches von einem Sauerstoff-Fühler abgegeben wird, der bei aufeinanderfolgenden kühleren Temperaturen arbeitet oder der

409814/0334

- ίο -

schrittweise gealtert ist. Die Signalkurve 1 zeigt eine maximale Auslenkung, die beispielsweise von einem Ausgangssignalwert von ca. 1,0 Volt ausgeht und auf ein Ausgangssignal mit einem Wert von 0,1 Volt für ein zunehmendes Luft/Brennstoffverhältnis abfällt, wobei die Auslenkung im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis 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. In dem Fall eines Fühlers, dessen Ausgangssignalverlauf hier veranschaulicht ist, überlappen sich die Signalverläufe der Kurven 1, 2 und 3 bei einem schmalen Bereich des Ausgangssignals (von ca. 0,05 Volt), welcher bd. einem Wert von ca. 0,5 Volt zentriert liegt und durch den Sprungverlauf der verschiedenen Signale bestimmt ist. Das "Übergangsband" für diesen Fühler ist somit ca. 0,05 Volt breit und es kann ein Nennwert von 0,5 Volt als repräsentativer "Übergangswert" ausgewählt werden. Zur besseren Veranschaulichung wurde das Übergangsband erweitert oder ausgedehnt dargestellt. Der Einstellpunktwert wurde so ausgewählt, daß er dem repräsentativen Übergangswert von 0,5 Volt entspricht.

Gemäß Figur 5 ist die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 40 für das Ausgangssignal der Fühleinrichtung als Funktion der Zeit dargestellt, welcher einen Wert beibehält, der im wesentlichen gleich dem ausgewählten Übergangswert für den gezeigten Zeitintervall ist und für ein Oszillationsstabilisationssignal irgendeiner Wellenform nach der vorliegenden Erfindung. Der Einfluß des Oszillatorsignals ist dominierend und erscheint mit zeitlichen Schwankungen des Ausgangssignals der Vergleichsstufe, welches eine Auslenkung von +0,7 Volt bis - 0,7 Volt (gegenüber dem mittleren Massepotential) vom Zeitpunkt t.. aufweist und welches für eine gleiche Zeitdauer auf jedem Wert ver-

4098U/0334

weilt. Für Fuflersignale, die kennzeichnend dafür sind, daß größere Abweichungen der Verbrennungsqualität von dem gewünschten Wert auftreten, wird das in Figur 5 gezeigte Ausgangssignal durch ein Spannungssignal mit konstantem Wert ersetzt, welches positiv oder negativ gegenüber dem mittleren Massepotential oder "der mittleren Masse" ist, was von der Richtung der Abweichung (zu fett oder zu mager) abhängig ist. Kleiner Abweichungen der Verbrennungsqualität führen zu einem rechteckformigen Signal, Mittelwerts- oder effektive Korrektursignale zugeführt werden, wie in Figur 8 veranschaulicht ist, die ein effektives Korrektursignal als Funktion des Fehlersignals (Signalabweichung des Sauerstoff-Fühlers vom Einstellpunktwert) zeigt.

Figur 8 zeigt nun das effektive Ausgangssignal der Vergleicbastufe für schwankende Fehlersignale für Rechteckwellen-, Sinuswellen-und Dreieckwellen-Stabilisationssignale auf einem Paar von orthogonalen Achsen. Jede Kurve ist zum Schnittpunkt der Achsen symmetrisch. Die Kurve 6 stellt die Kurve für ein Rechteckwellen-Stabilisationssignal dar und enthält ein horizontal verlaufendes Segment oder Abschnitt, welcher die vertikal verlaufenden Abschnitte oder Segmente verbindet, zu welchen die Bezugsstriche der Bezugszeichen 6 führen. Die Kurve 7 stelt eine Kurve für ein dreieckförmiges Stabilisationssignal dar und die Kurve 8 stellt die Kurve für ein sinusförmiges Stabilisationssignal dar. Die Sättigungswerte der Kurven 6, 7 und 8 fallen zusammen und die Maximalwete und Minimalwerte entsprechen dem Ausgangssignal einer Vergleichsstufe 40 von +0,7 Volt und - 0,7 Volt (bzw. "der mittleren Masse") und entsprechend den bestimmten Werten des bevorzugten Ausführungsbeispiels. Das Fehlersignal, welches den Sättigungswerten entspricht, ist als unterschiedliches Signal dargestellt, um die Figur übersichtlich zu halten und um zu zeigen, daß das Fehlersignal für unterschiedliche Stabilisationssignale unterschiedlich sein

4098U/0334

Figur 3 zeigt nun eine elektronische Schaltung, durch die die allgemeinen Funktionen des Brennstoffabgabereglers 50 erreicht werden. Die dargestellte Schaltung umfaßt einen Hauptabschnitt entsprechend dem elektronischen Brennstoffeinspritzcomputer nach der deutschen Patentanmeldung P 23 05 506.3-13 und soll dazu dienen, ein Verfahren zum Modulieren der Brennstoffabgäbe in Abhängigkeit von Modulationsbefehlen einer geschlossenen Regelschleife zu veranschaulichen. Die Schaltung weist ein Paar von Stromquellen 101, 102 auf, die abwechselnd an ein Paar von Zeitsteuerkapazitäten 103, 104 durch ein Schalternetzwerk 105 angeschaltet werden, welches Triggersignale an den Anschlüssen 51, 52 empfängt. Auch ein Netzwerk 106 empfängt Triggersignale an den (der Übersichtlichkeit halber getrennt dargestellten) Anschlüssen 51, 52 und steuert den Spannungswert an der ausgewählten Kapazität 103, 104 vor dem Erzeugen des Einspritzbefehlssignals. Eine eine Schwelle aufbauende Schaltung 107 tastet die höchste, über den Kapazitäten 103, 104 erscheinende Spannung ab und vergleictt diesen Spannungswert mit dem durch das am Eingangsanschluß 53 empfangene Signal bzw. dessen Wert, um das Brennstoffeinspritzbefehlssignal zu berechnen. Dieses Signal kann mit Hilfe verschiedener bekannter Techniken, wie sie beispielsweise in der zuvor genannten Patentanmeldung beschriten sind, abgeleitet werden.

Die Stromquelle 101 besteht aus dem Transistor 10$$, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt eines Paares von spannungsteilenden Widerständen 110, 111 verbunden ist und dessen Emitter mit dem Widerstand 112 verbunden ist. Die Widerstände 110 und 112

sind an eine Potentialquelle, die mit B+ bezeichnet ist, angeschlossen und der Widerstand 111 führt nach Masse oder Erde. Die Stromquelle 102 besteht ähnlich aus einem Transistor 109,

409814/0334

dessen Basis mit dem Verbindungspunkt von Spannungsteilerwiderständen 114, 115 verbunden ist und dessen Emitter mit dem Widerstand 116 verbunden ist, der ebenfalls zur Stromquelle B+ führt. Die Basis des Transistors 109 ist auch an ein Modulationsnetzwerk 118 angeschlossen, welches noch beschrieben werden soll. Diese Anordnung arbeitet so, daß sie unmittelbar bestimmbare Werte des Stromflusses in den Kollektoren der Transistoren 108, 109 jeweils aufbaut. Der Kollektor des Transistors 108 ist in paralleler Weise mit den Kollektoren eines Transistorpaares 131, 132 verbunden. Ähnlich ist der Kollektor des Transistors 109 parallel an die Kollektoren eines Transistorpaares 133, 134 geschaltet bzw. zusammengeschaltet. Die Basisanschlüsse der Transistoren 131 und 134 sind über Widerstände 141, 42 zusammengeschaltet, während die Basisanschlüsse der Transistoren 132, 133 über Widerstände 143, 144 zusammengeschaltet 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 1131 und 133 sind nLt der Kapazität 103 verbunden, während die Emitter der Transistoren 132 und 134 mit der Kapazität 104 verbunden sind. Diese Schaltung ist so ausgelegt, daß ein Stromfluß von der Stromquelle 101 durch den Transistor 131 zur Kapazität 103 vorgesehen wirdind ein Stromfluß aus der Quelle 102 durch den Transistor 134 zur Kapazität 104 vorgesehen wird, wann immer ein hohes Spannungssignal am Anschluß 51 erscheint und ein niedriges Spannungssignal am Anschluß 52 erscheint. Immer dann, wenn ein niedriges Spannnngssignal am Anschluß 51 vorhanden ist und ein hohes Spannungssignal am Anschluß 52 vorhanden ist, fließt der Strom aus der Quelle 101 durch den Transistor 132 zur Kapazität 104, während der Strom aus der Quelle 102 durch den Transistor 133 air Kapazität 103 fließt.

Die eine Shwelle aufbauende Schaltung 107 empfängt ein Signal,

409814/Ü334

welches beispielsweise kennzeichnend für einen Betriebsparameter der Maschine ist, wie beispielsweise für den Ansaugrohrdruck, und zwar empfängt sie dieses Signal am Anschluß 53 und dieses Signal gelangt zur Basis des Transistors 172. Die Basis des Transistors 171 empfängt über die Dioden 161, 162 das Signal von einer der Kapazitäten 103, 104, deren angesammelte Ladung oder Spannung am größten ist. Da die Emitter der Transistoren 171, 172 zusammengekoppelt sind, befindet sich einer dieser Transistoren im leitenden Zustand, was davon abhängig ist, welche der Basisanschlüsse einen höheren Spannungswert aufweist. Venn der Spannungswert an der Basis des Transistors 171 den Spannungswert überschreitet, der am Schaltungseingangsanschluß 53 erscheint, so wird der Transistor 171 leitend und der Transistor 172 wird nichtleitend. Das Ende des Leitendseins des Transistors 172 führt demzufolge zu einer Beendigung des Leitzustandes des Transistors 173. Während der Transistor 172 sich im leitenden Zustand befand, befand sich auch der Transistor 173 im leitenden Zustand und ein relativ hohes Spannungssignal, wie in Figur 7 gezeigt ist, war am Anschlußpunkt 54 vorhanden und zwar aufgrund der spannungsteilenden Wirkung der Widerstände 182, 183. Eine Beendigung des Leitzustandes des Transistors 173 führt jedoch dazu, daß am Anschluß 54 aufgrund des Fehlens eines Stromflusses durch die Widerstände 182, 183 ein Massepotentialsignal bzw. Nullspannungssignal erscheint. Dieses Ausgangssignal kann irgendeiner der bekannten Einspritzventil-Treiberschaltungen zugeführt werden, um ein Einspritzbefehlssignal vorzusehen.

Die Schaltungsanordnung 106, welche den Entladevorgang der Zeitsteuerkapazität und die anfängliche Aufladung steuert, besteht aus einer Vielzahl von Bezugswerten aufbauenden Einrichtungen 210, 212 und 214, einem Paar von Entladevoirichtungen 216, 218, Schaltermittel 220 und einer Stromquelle 222. Die die Bezugswer-

40 9814/0334

te aufbauenden Einrichtungen 210, 212 und 214 sind an eine Stromversorgungsquelle, die mit B+ bezeichnet ist, angeschlossen und bestehen jeweils aus Spannungsteilern 224, 226 und 228, und aus signalspannungführenden Transistoren 230, 232 und 234. Die spannungsführenden Transistoren 230, 232 und 234 sind so angeordnet und geschaltet, daß ihre Basisanschlüsse mit einem Abschnitt der Spannungsteilereinrichtung in Verbindung stehen, so daß ein bekannter Spannungswert an diesen erscheinen kann, wobei die Lmitter zu einem gemeinsamen Punkt zusammengesehaltet sind. Die Kollektoren der Transistoren 230 und 232 sind zusammengekoppelt und sind über Diodenschaltungen 236 mit Masse oder Erde verbunden, während der Kollektur des Transistors 234 über eine getremte Diodenschaltung 238 mit Masse oder Erde verbunden ist. Der Kollektor/Diodenverbindungspunkt der Transistoren 230, 232 und die Diodenschaltung 236 sind mit der -Entladeeinrichtung 216 verbunden, während der Kollektor/Diodenverbindungspunkt des Transistors 234 und die Dioden schaltung 238 mit der Entladeeinrichtung 218 verbunden sind.

Figur 6 veranschaulicht nun einen vollständigen Zyklus der Spannungswellenform an den Kapazitäten 103, 104. Der Abschnitt der Welle von a bis f stellt die dem Strom I^ aus der Quelle 101 zuschreibbare Spannung dar, während der mit 4 bezeichnete Abschnitt denjenigen Abschnitt darstellt, welcher dem Strom Ip aus der Quelle 102 zuschreibbar ist. Die verschiedenen Pegeländerungen und Gefälle oder Steigungen, die in dem Anfangsabschnitt von I- der Wellenform vorhanden sind, sind der Wirkung der Bezugswert aufbauenden Einrichtung 210, 212, 214 und dem Auflade- und Entladeverlauf der Kapazitäten unter dem Einfluß des Stromes I^ und der Entladeeinrichtung 216, 218 zuzuschreiben. EinQÖhnliche Wellenform, die sich um 180° außer Phase mit dieser Wellenform befindet, wird an der anderen der Kapazitäten 103, 104 erzeugt, so daß die Anfangspunkte a und f des ersten und des zweiten Ab-

A098U/0334

Schnitts der Wellenformen an den Kapazitäten 103, 104 zeitlich koinzidieren und ebenso hinsichtlich des Empfangs sich gegenseitig ausschließender Triggersignale an den Anschlüssen 51, 52 koinzidieren. Der Empfang eines relativ hohen Signals am Anschluß 51 führt zu einer schnellen Abgabe der in der Kapazität 103 gespeicherten Energie und zu einer resultierenden Zuführung des Stromes I₁ zur Kapazität 103, um diese Kapazität aufzuladen. Die an dieser Kapazität aufgrund des Zuführens des Stromes I^ erscheinende Spannung, die durch die Wirkung der Bezugswert aufbauenden Einrichtung 210, 212 moduliert ist, führt zu einer Spannungswellenform, die an der Kapazität 103 erscheint, wie sie dem Verlauf der Wellenform in Figur 6 entspricht und zwar von den Punkten a bis b, c, d, e und bis zum Punkt f dieser Kurve in Figur 6. Zum Zeitpunkt T^, welcher zeitlich dem Punkt f entspricht, werden die Triggereingänge, die an den Eingangsanschlüssen 51, 52 empfangen werden, umgedreht, so daß die Kapazität 103 den Strom Ip empfängt. Der Wert des Stromes I₂ ist eine Funktion der Spannung, die an der Basis des Transistors 109 erscheint und die Kapazität 103 auflädt, wie dies an dem Abschnitt der Kurve gezeigt ist, der in Figur 6 mit 4 bezeichnet ist. Ein repräsentativer Schwellenwert ist ebenfalls in Figur 6 veranschaulicht und ist mit strichlierter Linie 5 eingetragen, wobei hervorgeht, daß der zweite Abschnitt der Kurve 4 die Schwelle 5 an einer Stelle schneidet, die zeitlich dem Zeitpunkt T, entspricht. Die Schaltung von Figur 3 arbeitet daher derart, daß sie für die Maschine einen Brennstoffstrom für die Zeitperiode zwischen T^ und T, vorsieht.

In Figur 3 ist ein Modulationsnetzwerk oder Einrichtung 118 gezeigt, und dieses steht mit der Basis des Transistors 109 über dem Widerstand 119 in Verbindung. Die Modulationseinrichtung 118 besteht aus einem Operationsverstärker 120 mit einer Kapazität 121 in der Rückkopplungsschleife, die zum Invertierein-

4098U/0334

gangsanshluß führt, der ebenso über den Widerstand 122 mit einem Anschluß 123 in Verbindung steht. Dieser Anschluß steht direkt mit einem ähnlich bezeichneten Anschluß der Vergleichsstufe 40 von Figur 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 schrittweise im Falle eines negativen Eingangssignals von der Vergleichsstufe 40 her zunimmt oder im Falle einer positiven Eingangsgröße von der Vergleichsstufe her schrittweise abnimmt, so daß also inkrementelle Spannungsgrößen von der TEiberspannung der Basis des Transistors 109 abgezogen oder zu dieser hinzugefügt werden. Dies führt zu einer Zunahme oder zu einer Abnahme der Größe des Stromes Ip und damit zu einer Änderung der Steigung der rampenförmig verlaufenden Spannung, die an der Kapazität 103, 104 erscheint, welche den Strom erpfängt. Unter Hinweis auf Figur 6 ergibt sich nun eine Kurve, die mit 4b für abnehmende Werte des Stromes Ip bezeichnet ist und die mit 4a für zunehmende Werte von Ip bezeichnet ist. Der Übersichtlichkeit halber wurden die Abweichungen zwischen den Kurven 4a, 4b und 4 stark übertrieben gezeichnet. Bei Betrachten der Figur 7 ergibt sich nun, daß die Schaltung gemäß Figur 3 und die Kurve 4a zu dem Erzeugen eines Brennstoffeinspritzbefehlsimpulses beitragen bzw. bewirken, dessen zeitliche Dauer von T^ bis T₂ reicht, während die Kurve 4 einen Brennstoffeinspritzbefehlsimpuls zur Folge hat, dessen zeitliche Dauer von T^ bis T, reicht und die Kurve 4b zum Erzeugen eines Brennstoffeinspritzbefehlsimpulses führt, dessen zeitliche Dauer von T^ bis T^ reicht. Es läßt sich somit erkennen, daß für einen gegebenen Satz von Betriebsbedingungen der Maschine, welches beispielsweise durch die Tatsache versinnbildlicht wird, daß die Schwellenlinie 5 in Figur 6 unveränderlich ist, die an die Maschine abgegebene Brennstoffmenge sanft und schnell durch das geschlossene Regelsystem nach der vorliegenden Erfindung ver-

A098U/Ü33 4

ändert werden kann, um das Luft/Brerinstoffverhältnis auf einem bestimmten Wert zu halten.

Die vorliegende Erfindung schafft somit ein geschlossenes Regelsystem für eine Brennkraftmaschine, wobei das Regelsystem eine Vergleichsstufe enthält, die auf Signale anspricht, welche kennzeichnend für das Vorhandensein oder das Fehlen von Sauerstoff in den Abgasen der Maschine sind, und weiter auf einen Einstellpunkt oder Bezugsgröße anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, welches von einem Brennstoffabgaberegler empfangen wird und bewirkt, daß der Brennstsffabgaberegler die Brenn stoff ab gäbe bei Vorhandensein von Sauerstoffmolekülen in den Abgasen erhöht und bei Fehlen von Sauerstoffmolekülen in den Abgasen die Brennstoffabgabe vermindert, um die Brennstoffabgabe auf einem bestimmten, bevorzugt stöchiometrischen Luft/Brennstoffmischverhältnispunkt zu halten. Die Vergleichsstufe empfängt auch an Oszillator-Stabilisationssignal, um die Amplitude der Grenzkurve zu reduzieren. Die Frequenz des Stabilisationssignals sollte dabei leicht oberhalb der Bandpaßfrequenz der geschlossenen Schleife liegen und die Amplitude des Signals sollte kleiner sein als die minimale zu erwartende Abweichung zwischen dem Ausgangssignal des Fühlers und dem Einstellpunktwert für rechteckförmige Stabilisationssignale.

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

Claims

- 19 PATENTANSPRÜCHE

f 1.,/Geschlossenes Brennstoffregelsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Fühlereinrichtung, die auf Zustände der Maschine anspricht und Signale erzeugt, welche Betriebsparameter der Maschine wiedergeben, weiter mit einer auf die Signale der Fühlereinrichtung ansprechenden Computerschaltung, um ein Brennstoffabgabebefehlssignal zu erzeugen, welches die Brennstoffanforderung der Maschine angibt, mit einem zusätzlichen Fühler zum Prüfen einer Betriebsvariablen der Maschine und zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit einer veränderlichen Charakteristik, die kennzeichnend für die Qualität des in der Maschine stattfindenden Verbrennungsprozesses ist, mit einer Signal-verarbeitenden Einrichtung, die auf das Fühlersignal anspricht und ein weiteres Ausgangssignal mit einer bestimmten Signalcharakteristik erzeugt, die kennzeichnend für Qualitätsabweichungen des Verbrennungsprozesses von einer bestimmten Qualität ist, und mit Modulationseinrichtungen, welche das weitere Ausgangssignal empfangen und das Brennstoffabgabebefehlssignal in Abhängigkeit von diesem weiteren Ausgangssignal modulieren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (90, 91) zum Erzeugen eines Oszillationssignals vorgesehen ist und daß dieses Oszillationssignal der signalverarbeitenden Einrichtung (30, 40) zugeführt ist, so daß das Oszillationssignal das künstliche Erzeugen des weiteren Signals mit einer bestimmten Folgeitequenz oder Wiederholfolge bewirkt, welche Wiederholfolge der Frequenz des Oszillationssignals entspricht.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oszillationssignal eine Frequenz aufweist, welche durch die Bandpaßfrequenz des geschlossenen Regelschleifensystems bestimmt ist.

4038U/0334
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d=ß das Oszillationssignal eine veränderliche Frequenz aufweist.
4t System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Frequenz so ausgewählt ist, daß sie im wesentlichen gleich dem reziproken Wert der Zeit ist, welche für die Kurbelwelle der zugeordneten Maschine zur Vollendung zweier vollständiger Umdrehungen erforderlich ist.
5. System nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, mit einer signalverarbeitenden Einrichtung, welche eine
einen Bezugswert aufbauende Einrichtung umfaßt und ein Einstellpunktwert-Signal aufbaut, weiter mit einer Vergleichsstufe, welche das Signal entsprechend dem Einstellpunktwert und
das zusätzliche Fühlersignal empfängt, um das weitere Ausgangssignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichestufe (40) auch das Oszillationssignal empfängt und daß das Oszillationssignal eine Größe aufweist, die kleiner 1st als die
zu erwartende minimale Differenz zwischen dem Einstellpunktwert-Signal und dem zusätzlichen Fühlersignal.

409814/0334