DE2413227A1

DE2413227A1 - Regelsystem fuer das luft/brennstoff/ mischverhaeltnis einer brennkraftmaschine zur einstellung der rauhigkeit des laufes der maschine

Info

Publication number: DE2413227A1
Application number: DE2413227A
Authority: DE
Inventors: Chun Keung Leung; William R Seitz; Lael B Taplin
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1973-03-29
Filing date: 1974-03-19
Publication date: 1974-10-10
Also published as: FR2223559B1; IT1007718B; DE2413227C3; US3789816A; JPS5025937A; FR2223559A1; CA1008155A; DE2413227B2; JPS5226574B2; GB1429414A

Description

Patentanwalt

Karl A. B rose

Dlpl.-'.ng.

D-8023 München - Pullach
Wiensr5ir.2j.Mdin.7930570,793i782

vln/au - München-Pullach, 19. März 1974

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

Regelsystem für das Luft/Brennstoff/Mischverhältnis einer Brennkraftmaschine zur Einstellung der Rauhigkeit des Laufes der Maschine.

Die Erfindung betrifft allgemein geschlossene Regelsysteme für Maschinen und insbesondere geschlossene Regelsysteme für Maschinen desjenigen Typs, bei dem die Luft/Brennstoffmischung geregnt wird, die an eine Brennkraftmaschine abgegeben wird, um dadurch die Rauhigkeit des Laufes der Maschine auf einen annehmbaren Wert einzustellen.

Geschlossene Regelsysteme zur Regelung eines Parameters einer Brennkraftmaschine sind auf dem vorliegenden Gebiet gut bekannt. Z.B. ist in dem Blatt "Principles of Optimizing Control Systems and An Application to the Internal Combustion Engine" von CS, Draper und Y. P. Li, bekanntgemacht im September 1951 durch die "American Society of Mechanical Engineers" die Anwendung eines geschlossenen Regelsystems beschrieben, welches auch als Extremwert oder Optimierungssystem bekannt ist, um die Luftströmung und/oder Brennstoffströmung zu einer Brennkraftmaschine in Schwingbewegung zu versetzen. Unter Ausnutzung der Effekte

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einer derartigen Flatterbewegung, regelt das Optimierungssystem die Mashine derart, daß sie den optimalen Leistungspunkt sucht bzw. auf optimaler Leistung arbeitet oder auf einem sehr wirtschaftlichen Brennstoffverbrauchspunkt arbeitet, trotz irgendeiner wahrnehmbaren Änderung des Ausgangswertes oder von Umgebungs-Betriebsbedingungen. Derartige Optimierungssysteme führen darüber hinaus inhärent zu einer gewissen Reduzierung der Bildung von bestimmten Abgas-Bestandteilen, da das die maximale Leistung erzeugende Luft/Brennstoffgemisch auf-der mageren Seite des stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnisses gelegen ist, und da weiter bekannt ist, daß bei zunehmender Magerkeit die Bildung derartiger Bestandteile, wie Kohlenstoffmonoxid, Hydrokohlenstoffe und in gewissem Ausmaß Stickstoffoxide herabgesetzt wird.

Die Leistungsoptimierungstechnik führte jedoch nicht zu einer Massenproduktion bei Brennkraftmaschinen und daher wurde die Reduzierung in der Bildung von bestimmten Abgasen, was durch die genannte Technik hätte realisiert werden können, nicht erreicht. Darüber hinaus würde die handelsmäßige Anpassung dieser Technik durch eine Kombination von Faktoren behindert werden, wobei die folgenden aufgeführt seien:

Der primäre Faktor besteht darin, daß derartige Optimierungssysteme nicht nur unwirksam im Leerlauf und bei weit geöffneter Drosselklappe sind, also zwei vollständig normale Betriebszustände, bei denen ebenfalls die Bildung von Abgasen gesteuert werden muß, sondern auch unterbrochen oder abgetrennt werden müssen, wenn die Magerkeit des Luft/Brennstoffgemisches bewirkt, daß die Maschine mit Fehlzündungen beginnt. Ein weiterer Faktor besteht darin, daß durch diese Technik die Leistungsausgangsgröße nicht direkt gesteuert wird und daß auch für den genannten Zweck bei dieser Technik nicht die Forderung besteht, die

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Größe der Ausgangsleistung zu messen. Anstatt dessen werden momentane Leistungsänderungen nur indirekt bewirkt und dann über ein Zeit- und -phasennacheil-empfindliches System. Daher wird nach einer Flatterbewegung eines die Leistung beeinflussenden Parameters lediglich das positive oder negative Vorzeichen und nicht die Größe der resultierenden Leistungsänderungbestimmt. Ein weiterer Faktor, der die Eignung dieser Technik beeinflußt, kann die Tatsache gelten, daß bei der Optimierungstechnik das Zittern oder Flattern des Parameters erforderlich ist, der sonst nicht in einen flatternden oder zitternden Zustand gebracht werden brauchte, so daß dadurch unerwünschte Zustandskonsequenzen eingeführt werden, die auf diesen Zitterzustand oder Flatterzustand bezogen sind. Ein noch weiterer Faktor besteht auch darin, daß diese Technik das Erzeugen, Synchronisieren und Vergleichen des zitternden Parameters mit dessen Wirkungen erforderlich macht, so daß dadurch nicht nur Nachteile hinsichtlich der Kosten und der Wartungsmöglichkeit entstehen, die mit der Extraausrüstung verbunden sind, sondern ebenso die Wirkungen von Fehlern, die inhärent in der Ausrüstung entstehen, auftreten.Darüber hinaus sind diese Schritte Phasen- und Zeitverzögerungsfehlern unterworfen und zwar zwischen dem Beginn oder Einsetzen und den Wirkungen des Flatterzustandes oder Zitterzustandes, wobei diese Verzögerungen von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine abhängig sind und auch Fehlern bei der Feststellung derselben unterworfen sind.

Aber selbst dann, wenn die theoretischen Vorteile bei der Anwendung der Optimierungstechnik zur Bewirkung einer Reduzierung der Bildung von Abgasen wirtschaftlich realisiert werden könnten, so verhindert die Leistungsoptimierungstechnik in der Tat, daß man die Maschine so mager als möglich betreiben kann, um die Abgase soweit als möglich zu reduzieren. Im Hinblick auf die zuvor angedeuteten Betriebsgrenzen, die durch das Auftreten von zufälli-

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gen Fehlzündungen auferlegt werden, wird die Leistung bei einem Luft/Brennstoff verhältnis maximal gestaltet, welches wesentlich fetter ist als das magerste Luft/Brennstoffgemisch, bei welchem die Maschine arbeiten kann, bevor die resultierende durch die Magerkeit induzierte Rauhigkeit der Mashine bzw. rauher Lauf der Maschine bewirkt, daß die Fahreigenschaften des Fahrzeugs unannehmbar werden.

Es war nicht nur diese Beziehung zwischen der Magerkeit des Luft/Brennstoffgemisches und dem rauhen Gang der Maschine seit langem bekannt, sondern auch deren Beitrag zu den nicht mehr annehmbaren Fahreigenschaften entsprechend dem Betrieb der Maschine an ihrer Magergrenze, die beispielsweise dadurch gemessen wurde, indem man die Zylinderdruckschwankungen gemessen hat oder indem man die vorwärts gerichtete oder rückwärts gerichtete lineare Bewegung des Fahrzeugkörpers gemessen hat, wobei die letzteren Messungen in dem Blatt "Measuring Vehicle Driveability" von R. L. Everett, veröffentlicht als Blatt No. 710137 für Januar 11-15, 1971 stattgefundenen Konferenz der "Society of Automotive

sind
Engineers" beschrieber/. Die Kenntnis der Wirkung der Magerkeit auf die Fahreigenschaften des Fahrzeugs und die Mittel zur Messung derselbe-n haben dennoch nicht dazu geführt, die Größe bzw. das Ausmaß der Fahrtüchtigkeit des Fahrzeugs zu steuern oder zu regeln und zwar als geregelter Parameter eines geschlossenen Maschinen-Regelsystems. Anstatt den Versuch zu unternehmen, den Betrieb der Maschine kontinuierlich und dauernd knapp auf dem magersten Luft/Brennstoffverhältnis, welches möglich ist, zu halten, wurde bei den Systemen nach dem Stand der Technik diese Grenze als Arbeitsunfähigkeitsgrenze verwendet oder diente dazu, den Betrieb der Maschine in einem Sicherheitsabstand von dieser Grenze einzustellen.

Es ist wünschenswert, kontinuierlich die Bildung von bestimmten

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unerwünschten Maschinenabgasen zu regeln und zwar während aller Betriebszustände der Maschine und nicht nur während bestimmter Betriebszustände und während anderer normaler Betriebszustände. Es ist auch wünschenswert, die Bildung von unerwünschten Abgas-Bestandteilen in einer mehr direkten und weniger schaltungsraässigen Weise als mit der Leistungsoptimierungstechnik zu steuern, ohne daß dadurch die Ausrüstung, Fehler und die damit verbundenen Abgasschwierigkeiten oder Nachteile aufgeworfen werden. Es ist ebenso wünschenswert, die Schritte der Erzeugung, Synchronisation und Vergleichen von Zittereffekten zu vermeiden, die bei der Leistungsoptimierungstechnik erforderlich sind, indem man die Größe und nicht das Vorzeichen eines auf die Arbeitsweise der Maschine bezogenen Parameters regelt oder steuert. Es ist ebenso wünschenswert, die Bildung von bestimmten Abgas-Bestandteilen dadurch zu steuern oder zu regeln, indem man einen klar meßbaren Parameter steuert oder regelt, dessen Größe nicht nur die tat- . sächliche Arbeitsweise der Maschine anzeigt, sondern auch noch einstellbar ist,, um einen Kompromiss zwischen den Fahreigenschaften des Fahrzeugs und der Abgassteuerung oder Kontrolle schliessen zu können.

Es ist somit ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, ein neuartiges und verbessertes geschlossenes Regelsystem für die Reduzierung der Bildung von bestimmten Abgas-Bestandteilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen.

Es ist auch ein wesentliches Ziel der Erfindung, ein geschlossenes Regelsystem für die Einstellung des rauhen Ganges der Maschine zu schaffen.

Auch ist es Aufgabe der Erfindung, ein geschlossenes Luft/Brennstoffregelsystem zu schaffen, welches auf die Größe der Rauhigkeit der Maschine bzw. des rauhen Ganges der Maschine anspricht,

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um das Luft/Brennstoffgemisch so mager wie möglich zu halten, , ohne dabei einai vorher bestimmten Wertdss rauhen. Ganges der Maschine zu überschreiten.

Ein weiterer wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung richtet sich auf die Schaffung eines geschlossenen Regelsystems zur Regelung der Magerkeit des Luft/Brennstoffgemisches, welches an eine Brennkraftmaschine abgegeben wird, um die Betriebsweise der Maschine bei einem Schwellwert entsprechend einer ni.cht mehr annehmbaren Rauhigkeit der Maschine bzw. rauhen Ganges der Maschine einzustellen.

Auch ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein geschlossenes Regelsystem für die Abtastung' und die Einstellung der Größe bzw. des Ausmaßes des rauhen Ganges der Maschine zu schaffen. Durch die vorliegende Erfindung soll auch ein geschlossenes Maschinen-Regelsystem des erwähnten Typs geschaffen werden, bei welchem das Ausmaß des rauhen Ganges der Maschine dadurch bestimmt wird, daß man die Geschwindigkeitsänderungen eines sich drehenden Maschinenteiles abtastet und differenziert.

Zieht man weiterhin in Betracht, daß das Ausmaß oder die Größe der Rauhigkeit der Maschine die Fahreigenschaften des Fahrzeugs entgegengesetzt zu der von der Magerkeit beeinflußten Bildung von bestimmten Abgasstoffen beeinflußt, ist es auch Gegenstand der Erfindung, ein geschlossenes Regelsystem für die Regelung des rauhen Ganges der Maschine auf eine Größe oder Ausmaß zu schaffen, die so ausgewählt ist, daß ein Kompromiss zwischen der fahreigenschaft des Fahrzeugs und der Bildung derartiger Stoffe bzw. Abgase erreicht wird.

Wie auch weiterhin bekannt ist, erfordern, sowohl für die Betriebsweise des Fahrzeugs als auch die Regelung der Abgase, um

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die gewünschte Brennstoffmenge an die Maschine während bestimmter Phasen des Betriebes der Maschine abzugeben, inklusive bestimmter vom Fahrer befehligter Änderungen in der Arbeitsweise der Maschine, daß das Brennstoffsteuer- oder -regelschema geändert werden muß und zwar gegenüber demjenigen, welches während Dauerzustandsbetrieb Gültigkeit hat. Es ist somit ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein geschlossenes Brennstoffregelsystem zu schaffen, welches normalerweise das Luft/Brennstoffgemisch so mager wie möglich hält, so daß dieses gerade eben dem Schwellwert einer nicht mehr annehmbaren Rauhigkeit der Maschine bzw. rauhen Gang der Machine folgt und zwar während Dauerzustandsbetrieb und welches eine unterschiedliche Regelung des Luft/Brennstoffverhältnisses durchzuführen erlaubt und zwar bei Auftreten von anderen Betriebszuständen oder Betriebsphasen.

Bedenkt man weiterhin, daß bestimmte vom Fahrer befehligte Änderungen in der Arbeitsweise in die Rauhigkeit bzw. den rauhen Lauf der Maschine Niederfrequenzkomponenten einführen, besteht ein weiterer Grundgedanke der Erfindung darin, ein geschlossenes Maschinenregelsystem zu schaffen, welches ein auf niedrige Frequenz ansprechendes Gerät enthält, und den normalen Betrieb des Regelsystems in Abhängigkeit von Niederfrequenzkomponenten der Rauhigkeit der Maschine bzw. des rauhen Laufes der Maschine abzuändern. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein geschlossenes Maschinen-Regelsystem des zuvor genannten Typs zu schaffen, um mit dessen Hilfe das Luft/Brennstoffgemisch so mager wie möglich zu halten, um das Ausmaß oder die Größe des rauhen Laufes der Maschine noramlerweise unterhalb eines ersten vorher bestimmten Wertes zu halten, wobei der auf Niederfrequen-z ansprechende Apparat diesen normalen Betrieb des Regelsystems verhindert, wenn die Größe der Niederfrequenzkomponenten der Rauhigkeit der Maschine einen zweiten vorher bestimmten Wert überschreitet.

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Erfindungsgemäß umfaßt das Regelsystem nach der vorliegenden Erfindung einen Tachometer, der in geeigneter Weise an ein von der Kurbelwelle angetriebenes Teil einer Brennkraftmaschine gekuppelt ist, wobei dieser Tachometer die hochJtequenten Geschwindigkeitsänderungen des genannten Teiles erfaßt bzw. abtastet, die aus einem mageren Luft/Brennstoffgemisch bzw. -gemischen resultieren, aber auch niederüequente Geschwindigkeitsänderungen erfaßt, die aus den vom Fahrer befehligten Änderungen der Arbeitsweise der Maschine resultieren. Das von dem Tachometer entwickelte Geschwindigkeitssignal wird durch ein Filter gedämpft, um lediglich die interessierenden Frequenzen hindurchzülassen, und dieses Signal wird dann in einer Differenzierstufe differenziert,um ein grobes Rauhigkeitssignal vorzusehen, welches sich mit einer Ableitung des Geschwindigkeitssignals ändert. Dieses grobe Rauhigkeitssignal wird vollweg gleichgerichtet und wird dann in einer Vergleichsstufe mit einer Rauhigkeitsschwellwert-Bezugsgröße verglichen, deren Größe so ausgewählt wurde, daß sie einem Wert einer annehmbaren Fahrzeug-Fahreigenschaft entspricht. Die Ausgagsgröße der Vergleichsstufe gelangt zu einer Integrierstufe, die ein Anwachsen des Ausgangssignals erzeugt, wenn die Rauhigkeit der Maschine unterhalb dem annehmbaren Fahreigenschits-Wert liegt, und erzeugt eine abfallende Ausgangsgröße, wenn die Rauhigkeit oberhalb dieses Wertes liegt. Die Ausgangsgröße der Integrierstufe veranlaßt ein elektronisches Brennstoffeinspritzsystem die Dauer der Brennstoffeinspritzperiofe zu verändern, um dadurch die Magerkeit des Luft/Brennstoffgemisches zu erhöhen, solange die Rauhigkeit der Maschine unterhalb des annehmba-ren Werts liegt, und um die Magerkeit zu vermindern, wenn die Rauhigkeit momentan diesen Wert überschreitet, wobei der Nettoeffekt dieser Magerkeitsregelung darin besteht, den rauhen Gang der Maschine auf diesen Wert einzustellen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich^us

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der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt:

Figur 1 ein teilweises Blockschaltbild mit teilweisen schematischen Darstellungen eines geschlossenen Regelsystems für eine Brennkraftmaschine, um das Luft/ Brennstoff verhältnis so zu regeln, daß die Rauhigkeit bzw, der rauhe Lauf der Maschine eingestellt werden kann;

Figur 2 eine teilweise schematische und teilweise Schnittdarstellung eines Teilabschnitts des Brennstoffabgabegerätes des geschlossenen Regelsystems für eine Brennkraftmaschine von Figur 1;

Figur 3 ein Blockschaltbild eines Teiles des geschlossenen Regelsystems für eine Brennkraftmaschine von Figur 1, welches durch eine Unterschleife abgewandelt ist, um die Regelung der Magerkeit des Luft/Brennstoffverhältnisses abzuändern und zwar bei Vorhandensein bestimmter, vom Fahrer befehligter Änderungen in der Arbeitsweise;

Figur 4 ein elektrischer Stromlaufplan des geschlossenen Regelsystems der Brennkraftmaschine von Figur 1, welches durch eine Unterschleife ähnlich derjenigen von Figur 3, abgewandelt ist; und

Figur 5 ein elektrischer Stromlauf plan einer abgewandelten Ausführungsform der geschbssenen Regelsysteme für die Brennkraftmaschine gemäß den Figuren 3 und 4.

Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit intermittierender Fun-

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kenzündung, die herkömmlich gestaltet ist, mit der Ausnahme, daß Luft und Brennstoff an diese Maschine in einem Verhältnis abgegeben werden, welches durch fein geschlossenes Regelsystem 12 einstellbar ist, um dadurch den rauhen Gang der Maschine bzw. des Laufes der Maschine einzustellen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel arbeitet das Regelsystem 12 derart, daß es den Prozentsatz der Konzentration bestimmter Abgas-Bestandteile in den Verbrennungsprodukten der Maschine 10 dadurch, reduziert, indem es das Luft/Brennstoffverhältnis in Richtung auf die auf die Ausführung der Maschine bezogene "Magerkeitsgrenze" solange vorspannt, als der rauhe Gang der Maschine sich unterhalb einer bestimmten Größe bzw. Ausmaß befindet und, wenn diese Rauhigkeit eine vorherbestimmte Größe überschreitet, wird das Luft/Brennstoffverhältnis verkleinert, um den rauhen Gang der Maschine zu mildern. Bei diesem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel soll das Regelsystem 12 im folgenden als "Mager-Grenzschleife 12" bezeichnet werden und dieses System ist in einer Umgebung eines Labors zum Testen "der Abgase veranschaulicht.

Gemäß Figur 1 ist ein Zweig des Abgassystems 14 der Maschine 10 stromaufwärts von dem Auspufftopf 16 mit einem Abgasanalysiergerät 18 über ein Ventil 20 verbunden und die Ausgangswelle 22 der Maschinentransmission 23 ist durch eine Welle 24 und eine Drehmomentzelle 26 mit einem Maschinendynamometer 28 verbunden. Der Maschinen-Dynamometer 28 spricht auf Befehle an, die durch einen geeigneten Straßenlast-Simulator 30 vorgesehen werden, wie beispielsweise einem Computer, der auf Drehmomentsignale - durch die Drehmomentzelle 26 und die Bremssignale von einer Fahersteuereinheit 23 - anspricht. Die Fahrersteuereinheit 32 ist elektrisch und/oder mechanisch so angeschlossen, um eine geeignete Luftverbrauch-Steuervorrichtung 34 in Form von Drosselplatten (nicht gezeigt) zu steuern, die auf einer Drosselwelle in dem Lufteinlaßkanal der Maschine angeordnet ist und zwar zwi-

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sehen einem Lufteinlaßende 36 des Kanals und einem Maschinenauslaßende desselben. ·

Die Maschine 10 umfaßt weiter eine Brennstoffabgabevorrichtung 40, welche die Abgabe des Brennstoffstromes steuert, umcfedurch eine gewünschte Beziehung zur Luftströmung aufrechtzuerhalten. Wie unter Hinweis auf Figur 2 besser hervorgehen wird, umfaßt die Brennstoffabgabevorrichtung 40 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem mit einem elektromagnetisch betätigten Brennstoffeinspritzven-' til 42, welches im EinTaßrohr 44 der Maschine stromaufwärts von einem Einlaßventil 46 der Maschine (offen gezeigt) angeordnet ist und so arbeitet, daß es- die Brennstoffeinspritzung durch dasselbe in die Verbrennungskammer 48 der Maschine steuert, wobei auch eine Pumpe 50 vorgesehen ist, um den Brennstoff zum Einspritzventil 42 von einer geeigneten Brennstoffversorgungsquelle 52 über eine Brennstoffleitung und eine Rückführleitung 54 mit einer Strömungsdrosselstelle 55 zu pumpen.

Das Einspritzventil 42 ist elektrisch durch eine Leitung 56 mit einem Brennstoffabgaberegier 60 verbunden, der im folgenden als "Luft/Brennstoffregler" eines auf dem vorliegenden Gebiet gut bekannten Typs bezeichnet werden soll, um die Länge der Brennstoffeinspritzperiode zu steuern und zwar unter Verwendung von ein oder mehreren von der Maschine abhängigen Paraifftern, um entweder den Punkt zu verändern, bei welchem die Einspritzperiode beginnt und/oder den Punkt zu verändern, bei welchem diese Einspritzperiode endet. Der Luft/Brennstoffregler 60 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht aus einer geeigneten, eine Impulsfolge erzeugenden Vorrichtung.

Der BrennstoffabgabereJ-er 60 erzeugt eine Impulsfolge von speziell gestalteten Spannungs/Zeitsignalen, wobei jeder Impuls ei-

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nen speziell geformten Anfangsabschnitt zum Bestimmen des Anfangs jefer Einspritzperiode in Einklang mit der Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine, und einen konstant abfallenden Sägezahnabschnitt aufweist, um jeden Einspritzimpuls zu beenden, wenn der Sägezahnabschnitt einen vorher bestimmten Bezugswert kreuzt, der auf die Luftströmung bezogen ist. Um derartige von der Luftströmung und der Umdrehungsgeschwindigkeit abhängige Informationen zu empfangen, ist der Luft/Brennstoff regler 60 über eine Leitung 62 mit einem Fühler 64 verbunden, um die Luftströmung oder einen auf diese bezogenen Parameter abzutasten, wie beispielsweise den Ansaugrohrluftdruck, und ist ebenso über eine Leitung 66 mi^feinem Umdrehzungszahlmeßgerät 68 verbunden, wobei das Umdrehungszahlmeßgerät 68 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein mit sechzig Zähnen ausgestattetes Tachometerrad enthält, welches in geeigneter Weise an ein von der Kurbelwelle angetriebenes Teil (nicht gezeigt) der Maschine 10 gekuppelt ist, wie beispielsweise an ein Schwungrad, an einen Getriebering oder die Riemenscheibe desselben. Unter Verwendung der Umdrehungsgeschwindigkeitsinformation der Maschine und der Luftströmungsinformation derselben arbeitet der Luft/Brennstoffregler 60 derart, daß er die Dauer der Impulseinspritzperiode abändert, um eine gewünschte Beziehung zwischen der Luftströmung und der Brennstoffströmung aufrechtzuerhalten, wobei diese gewünschte Beziehung von einem Luft /Brennstoffverhältnis herab bis zu neun bis eins während eines Kaltstarts der Maschine bzw. den damit verbundenen Zuständen schwankt und zwar bis leicht oberhalb des stöchiometrischen Verhältnisses von ca. 14,8 : 1 nach der Vervollständigung des Aufwärm^vorganges der Maschine.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt die Magergrenze-Schleife 12 ein Luft/Brennstoffverhältnisänderungs-Befehlssignal und führt dieses dem Luft/Brennstoffregler 60 zu, wodurch normalerweise die Brennstoffeinspritzperiode vermindert wird, um dadurch

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das Luft/Brennstoff verhältnis zu erhöhen, bis dieses Verhältnis auf eine Grenze vorgespannt ist, die einer so großen Magerkeit entspricht, daß die Maschine gerade anfingt, rauh oder unrund zu laufen. Die Magerkeitsgrenze-Schleife 12 spricht auf diese beginnende Rauhigkeit dadurch an, daß sie momentan das Luft/Brennstoffänderungs-Befehlssignal vermindert und dadurch das Luft /Brennstoffverhältnis anreichert, wobei dieses i\nderungsbefehlssignal die Brennstoffeinspritzperiode dadurch erhöht, daß der Sägezahn der vom Regler erzeugten Impulsfolge zu einem späteren Zeitpunkt die Bezugsspannung schneidet oder kreuzt, was entweder dadurch erzielt werden kann, daß man die Steigung des Sägezahnabschnitts vermindert und/oder die Bezugsspannung erhöht.

Um somit kontinuierlich das Luft/Brennstoffverhältnis zu regeln, damit es im Endeffekt an der Magerkeitsgrenze bleibt, erfaßt die Magerkeitsgrenze-Schleife 12 einen Maschinenparameter, der mit' · dem Luft/Brennstoffverhältnis schwankt.und ändert dann momentan das Luft/Brennstoffverhältnis, um dadurch den Maschinenparameter zu regeln. Ein derartiger Parameter besteht aus der Umdrehungsgeschwindigkeit, da, wenn das Luft/Brennstoffgemisch momentan zu mager wird oder zu fett wird und zwar relativ zum stöchiometrischen Verhältnis, die von unterschiedlichen Zylindern der Maschine erzeugte Leistung bzw Energie momentan ungleich oder rauh wird, so odaß dadurch bewirkt wird, daß das von dem Kolben auf die Kurbelwelle der Maschine übertragene Drehmoment entsprechend ungleich oder rauh verläuft, also dadurch die Kurbelwelle momentan beschleunigt wird oder verzögert wird und zwar in Einklang mit dem ungleichmäßigen Drehmoment. Bezeichnet man allgemein alle derartigen momentanen Leistungsunterschiede, Drehmomentsänderungen, Beschleunigungs- und Verzögerungsänderungen, oder die Geschwindigkeitsänderungen als "rauhen Gang der Maschine", so stellt die Magerkeitsgrenze-Schleife 12 nach der vorliegenden Erfindung ein Gerät dar, welches diese Rauhigkeit erfassen oder

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feststellen kann und welche das Luft/Brehnstoffverhältnis so abwandeln kann, daß die Rauhigkeit unterhalb eines vorherbestimm-· ten Wertes oder Größe gehalten wird.

Ein Rauhigkeitsfühler, der in geeigneter Weise von der Magerkeitsgrenze-Schleife 12 verwendet wird, besteht im wesentlichen aus einem Filter und aus einer Differenzierstufe 70, die ein Geschwindigkeitssignal vom Geschwindigkeitsfühler 68 empfängt und Frequenzen ausserhalb eines gewünschten Frequenzbandes dämpft und das nichtgedämpfte und zurückbleibende Geschwindigkeitssignal differenziert, um ein abgeleitetes Signal zu erzeugen, welches mit wenigstens der ersten Ableitung des Geschwindigkeitssignals schwankt. Um die vorteilhafte Verwendung von sowohl der Beschleunigungsinformation als auch der Verzögerungsinformation zu ermöglichen, die in diesem Differenziersignal enthalten ist undun weiter dieses differenzierte Signal in die richtige Form für einen Vergleich mit einem Rauhigkeitsbezugssignal zu bringen, ist die Ausgangsgröße der Differenzierstufe über eine Leitung 72 mit einem Vollweggleichrichter 74 verbunden und gelangt von dort zu einer Vergleichsstufe 76. Eine geeignete Quelle einer einstellbaren Bezugsspannung in Form eines Potentiometers 78 ist an die Vergleichsstufe 76 angeschlossen, um dieser eine Rauhigkeits-Schwellwertbezugsgröße zuzuführen. Die Vergleichsstufe 76 erzeugt bei dem gewählten bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Vergleichssignal mit einer Polarität, wenn das gleichgerichtete Rauhigkeitssignal kleiner ist als die Rauhigkeits-Schwellwertbezugsgröße, und erzeugt dieses mit der entgegengesetzten Polarität, wenn das gleichgerichtete Rauhigkeitssignal größer ist als die Rauhigkeits-Schwellwertbezugsgröße. Diese Vergleichssignale werden über eine Vergleichssignalleitung 80 einer Integrierstufe 82 zugeführt. Die Integrierstufe 82 erzeugt einA/F-Änderungsbefehlssignal (A/F change command), welches dem Luft/Brennstoffregler 60 zugeführt wird, wodurch der

Regler veranlaßt wird, entweder kontinuierlich die Periode des Brennstoffeinspritzimpulses .zu verkürzen, wodurch das Luft/Brennstoff verhältnis erhöht wird und zwar in Richtung auf die Magerkeitsgrenze, solange die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 76 eine erste Polarität aufweist, oder dieser im anderen Fall die Periode des Einspritzimpulses verlängert, um dadurch das Luft /Brennstoffverhältnis zu vermindern und zwar von der Magerkeitsgrenze weg, solange die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 76 die andere Polarität besitzt.

Die Größe der Schwellwert-Bezugsspannung, die durdidas Potentiometer 78 vorgegeben wird, wird so ausgewählt, daß sie einem Wert des rauhen Ganges der Maschine entspricht, bei welchem das Luft /Brennstoffgemisch so mager wie möglich gestaltet wird, bis zu dem Punkt, bei welchem die Bildung von Abgasbestandteilen, wie beispielsweise HC und CO minimal wird, ohne daß dabei jedoch die Fahreigenschaften des bestimmten Fahrzeugs unannehmbar werden. Um diesen Kompromiss zwischen den Fahreigenschaften des Fahrzeugs und der Abgasregelung zu erzielen, kann die Einstellung der Rauhigkeitsschwelle von einer Maschine bzw. Anwendung der Maschine zum nächsten schwanken. Es kann beispielsweise die Rauhigkeitsschwelle so eingestellt werden, daß Umdrehungsgeschwindigkeitsänderungen der Maschine bis zu zwölf Umdrehungen pro Minute toleriert werden, was beispielsweise bei Maschinen möglich ist, die ein hydraulisch gekuppeltes Getriebe antreiben, durch welches ein bestimmter Grad des rauhen Ganges der Maschine hydraulisch gedämpft wird, oder auch bei wesentlich niedrigeren Geschwindigkeitsänderungen, wie dies bei Maschinen der Fall sein kann, die ein Getriebe über eine Reibkupplung antreiben, welche den rauhen Gang der Maschine relativ ungedämpft überträgt, wobei die vorangegangene Einstellung normalerweise zu weniger Abgasen unter annehmbaren Betriebsbedingungen führt, als im letzteren Fall.

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Gemäß Figur 3 ist eine Magerkeitsgrenze-Abänderungsunterschleife in Form einer Ausschaltschleife 84 (cut-out loop) eingesetzt, für den Fall, daß die Betriebsweise der Grenzschleife 12 während bestimmter Bedingungen oder Betriebsphasen der Maschine abgeändert werden soll, um beispielsweise die Brennstoffanreicherung zu verhindern, die aus niederfrequenten Maschinenbeschleunigungen und -Verzögerungen resultieren würde, welche vom Fahrer befehligten Änderungen der Fahrweise des Fahrzeugs zugeordnet sind. Derartige niederfrequente Rauhigkeitssignale, die hinsichtlich der Rauhigkeitssignale gedämpft werden, welch letztere ungedämpft durch das Filter und die Differenzierstufe 70 zum Vollweggleichrichter 74 gelangen, können nichtsdestoweniger eine ziemliche Größe erreichen, wenn sie differenziert und gleichgerichtet wurden, so daß die gleichgerichtete Ausgangsgröße des Gleichrichters 74 die Rauhigkeitsschwelle überschreitet. Es ist zwar in einigen Anwendungsfällen der Magerkeitsgrenze-Schleife 12 wünschenswert, diese Extrakomponente der Rauhigkeitsinformation dazu zu verwenden, das Luft/Brennstoffverhältnis während der Beschleunigung anzureichern oder umgekehrt dieses Geisch bei einer Verzögerung mager zu gestalten, bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es jedoch wünschenswert, die Magerkeit des Luft/Brennstoffgemisches in Abhängigkeit von der Rauhigkeit bzw. dem rauhen Gang der Maschine zu regeln und zwar durch die Magerkeit des Gemisches und nicht durch Komponenten der Rauhigkeit, die durch vom Fahrer hervorgerufene Beschleunigungen oder Verzögerungen induziert werden.

Um eine derartige Verhinderung oder Speming des Betriebes der Magerkeitsgrenze-Schleife 12 unter diesen Umständen zu bewirken, ist die Abschaltschleife 84 parallel zum Vollweggleichrichter 74 und der Vergleichsstufe 76 der Magerkeitsgrenze-Schleife 12 an den mit A und B auf den Leitungen 72 und 80 bezeichneten Stellen geschaltet. Die Ausschaltschleife 84 umfaßt ein Tiefpaßfil-

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ter 90, welches in Reihe mit einem Vollweggleichrichter 92, einer Vergleichsstufe 94, einem Relais 98 und einem Schalter S1 geschaltet ist, wobei der Schalter S1 zwischen die Vergleichsstufe 76 und die Integrierstufe 82 der Haupt-Magerkeitsgrenze-Schleife 12 eingeschaltet ist. Das Tiefpaßfilter 90 bedämpft die hochfrequenten Komponenten des Rauhigkeitssignals, welches an frührer Stelle unbedämpft am Filter und der Differenzierstufe 70 vorbeigeführt wurde, und gelangt ohne weitere Dämpfung die an früherer Stelle bedämpften niederfrequenten Komponenten des Rauhigkeitssignals zum Vollweggleichrichter 92. Die Vergleichsstufe 94 vergleicht das gleichgerichtete niederfrequente Rauhigkeitssignal, welches durch den Gleichrichter 92 abgegben wird mit dem niederfrequenten Rauhigkeits-Schwellwertsignal, welches durch eine einstellbare Bezugsspannungsquelle 96 erzeugt wird, wobei die Grösse der Spannung dieser Quelle so ausgewählt wird, daß die Abschalt-Schleife 84 den Betrieb der Hauptschleife 12 nur bei Vorrhandensein von mehr als nur einer'geringen Zahl von durch den Fahrer herbeigeführten Fahränderungen abändert. Wenn die Ausmaße dieser Fahrweisenänderungen den Nennwert oder eine geringe Zahl überschreitet, so erzeugt die Vergleichsstufe 94 ein Befehlssignal für das Relais 98, wodurch der Schalter S1 die Verbindung zwischen der Vergleichsstufe 76 und der Integrierstufe 82 öffnet, so daß dadurch der normale Betrieb der Magerkeitsgrenze-Schleife solange unterbrochen wird, bis die Wirkungen der genannten den Nennbetrag der Änderung überschreitenden Änderungen sich verloren haben.

Gemäß Figur 4 umfaßt die Filter- und Differenzierstufe 70 FiI-' terstufen mit Widerstands-Kapazitätskombinationen R1-C1 und R2-C2 in Kombination mit einer Differenzierschaltung, die aus dem Funktionsverstärker A1, dem Rückkopplungswiderstand R3 und der Kapazität C3 besteht. Die Filterstufen weisen einen gemeinsamen Frequenzabbruch bei ca. 20 Winkelgraden pro Sekunde und

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zwar bei logarithmisch aufgetragener Verstärkung gegenüber der· logarithmisch aufgetragener Frequenz und jede derartige Stufe stellt ein Nacheilnetzwerk dar, mit einer Übertragungsfunktionscharakteristik von 1/(Ts + 1). Die Differenzierstufe tesitzt darüber hinaus eine Voreil (lead type)-Übertragungsfunktionseigenschaft durch Ts, so daß das Signal auf der Leitung 72 am Ausgang des Verstärkers A1 mit der ersten Ableitung des dem Eingangsanschluß T1 zugeführten Geschwindigkeitssignals schwankt, in diesem Fall die Beschleunigung oder Verzögerung.

Der Vallweggleichrichter 74 umfaßt einen Funktionsverstärker A2, mit einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingangsanschluß, die jeweils über entgegengesetzt gepolte Gleichrichterdioden D1 und D2 mit dem Ausgang der Differenzierstufe 70 verbunden sind. Die Anode der Diode D1 ist über einen Widerstand R4 mit dem invertierenden Eingangsaschluß des Verstärkers A2 verbunden, so daß lediglich negative Signale zu diesem gelangen können und lediglich positive Signale am Ausgang desselben erscheinen können. In ähnlicher Weise ist die Kathode der Diode D2 über den Widerstand R5 mit Masse oder Erde verbunden und ist an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers A2 angeschlossen, so daß lediglich positive Signale zu diesem gelangen können und somit ebenso nur positive Signale am Ausgang desselben erscheinen können.

Die Schwellwertvergleichsstufe 76 umfaßt einen Funktionsverstärker A3, dessen invertierender Eingangsanschluß über den Widerstand R7 mit dem Ausgang des Gleichrichters 74 verbunden ist und ebenso mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers A3 über ein Paar in Reihe geschalteter entgegengesetzt gepolter Zenerdioden D3 und D4 verbunden ist. Eine Rauhigkeitsschwellwert-Bezugsspannung wird durch ein einstellbares Potentiometer 78 vorgegeben, dessen festes Element R10 zwischen eine geeignete negative Stromversor-

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gung und Masse geschaltet ist und dessen Schleifarm bzw. Schleifkontakt mit dem invertierenden Eingangsanschluß von A3 über einen Widerstand R8 verbunden ist. Der nicht invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers A3 ist geerdet, so daß eine leicht negative Spannung am invertierenden Eingangsanschluß entsteht, wenn die Ausgangsgröße des Vollweggleichrichters 74 kleiner ist als die von dem Potentiometer 78 vorgegebene Bezugsspannung. Wenn diese leicht negative Eingangsgröße am invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers A3 ansteht, so erreicht der Ausgang auf der Leitung 80 einen positiven Spannungswert, der durch die Durchbruchsspannung der Zenerdiode D4 bestimmt ist. Wenn die Ausgangsgröße des Vollweggleichrichters 74. zunimmt und die Ausgangsgröße überschreitet, die durch die Schwellwert-Bezugsspannung 78 vorgegeben wird, so wird die Spannung am invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers A3 leicht positiv, so daß der Verstärker A3 plötzlich eine negative Ausgangsgröße erzeugt, wobei der stufenförmige Übergang von der positiven zur negativen Ausgangsspannung durch die hohe Verstärkung des Verstärkers A3 sichergestellt wird undfaer Wert dieser Ausgangsspannung wird durch die Durchbruchsspannung der Zenerdiode D3 bestimmt.

Die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 76 auf der Leitung 80 gelangt zur Integrier'stufe 82 und zwar über den Widerstand R11, den Schalter S1, der normalerweise geschlossen ist und von der Unterschleife betrieben wird und die Schleife ausschalten kann, einen Schalter S2, der normalerweise geschlossen ist und von Hand betätigt wird und das Luft/Brennstoffverhältnis voreinstellt, wobei die Aufgabe und der Sinn der Schalter S1 und S2 an späterer Stelle im Da tail erläutert werden soll und zwar in Verbindung mit der Schleifen-Ausschaltschaltung 84 und einer voreinstellenden Luft/Brennstoffbefehlsschaltung 86. (Die Integrierstufe 82 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und umfaßt hier einen Funktionsverstärker A4, dessen invertierender Ein-

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gangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß T2 über eine Kapazität C4 gekoppelt ist, und der nicht invertierende Eingangsanschluß desselben geerdet ist. Während des normalen Betriebes der Magerkeitsgrenze-Schleife 12 sind die Schalter S1 und S2 beide geschlossen, um die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 74 zur Integrierstufe 82 zu übertragen. Wenn das gleichgerichtete Rauhigkeitssignal, welches von dem Vollweggleichrichter 74 vorgesehen wird, kleiner ist als die Rauhigkeitsschwellwert-Bezugsspannung, die von dem Potentiometer 78 vorgesehen wird, so bewirkt die resultierende negative Ausgangsspannung der Vergleichsstufe 76, daß die Ausgangsgröße der Integrierstufe 82 in positiver Richtung zunimmt und zwar mit einer positiven Folge, die durch die Größen der Widerstände R11 und der Kapazität C4 bestirnt ist. Diese Ausgangsgröße gelangt direkt zum Luft/Brennstoffregler 60 und wird in geeigneter Weise durch diesen verarbeitet, um das Luft /Brennstoffverhältnis durch Verkürzung der Brennstoffeinspritzperiode in geeigneter Weise zu erhöhen ähnlich dem Vorgang, wie er an früherer Stelle allgemein beschrieben wurde. Umgekehrt, wenn das gleichgerichtete Rauhigkeitssignal größer ist als der Rauhigkeitsschwellwert, so bewirkt die resultierende positive Eingangsspannung zur Integrierstufe 82, daß die Ausgangsgröße derselben in negativer Richtung abnimmt und zwar in einer negativen Folge, um das Luft/Brennstoffverhältnis zu vermindern.

Obwohl das Luft/Brennstoffverhältnis normalerweise in erster Linie durch die Ausgangsgröße der Integrierstufe 82 geregelt wird, kann es nichtsdestoweniger erforderlich sein, ein vorherbestimmtes Luft/Brennstoffverhältnis während bestimmter Perioden oder Zustände des Betriebes herbeizuführen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ergibt sich, daß, wenn die Vergleichsstufe 76 mit der Integrieretufe 82 verbunden ist und die Maschine 10 ausgeschaltet ist, daß das Luft/Brennstoff verhältnis zu rager werden kann, um anschließend einen Start zu ermöglichen. Um daher

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ein voreingestelltes Luft/Brennstoffverhältnis vorzusehen, welches für die Startbedingungen der Maschine geeignet ist, enthält die Magerkeitsgrenze-Schleife 12 eine Luft/Brennstoffvoreinstellschaltung 86, die den Eingang der Integrierstufe 82 vom Ausgang der Vergleichs stufe 76 trennt und diesen mit einer "bekannten Bezugsgröße verbindet. Die ' ' (A/F)-Voreinstellschaltung 76 enthält einen . (A/F)-Voreinstellschalter S2, der zwischen S1 und dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers A4 geschaltet ist, enthält Spannungsteilerwiderstände R12 und R14, die in Reihe zwischen den Ausgangsanschluß T2 des Verstärkers A4 geschaltet sind, und einen Widerstand R13, der zwischen einer geeigneten negativen Stromversoigingsquelle und Masse geschaltet ist, und schließlich eine Leitung 88, die den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R14 und R12 mit einem Kontakt des Schalters S2 verbindet. Befindet sich der . (A/F)-Voreinstellschalter S2 in der Anlasserstellung, wobei die Leitung 88 mit dem invertierenden Eingangsanschluß verbunden ist, so ist die Ausgangsgröße des Verstärkers A4 auf einem positiven Wert stabilisiert, der die leicht negative Spannung am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R12 und R14 wiedergibt. Nachdem die Maschine erfolgreich angelassen wurde, wird der (A/F)-Voreinste11schalter S2 in die Laufstellung geschaltet, wobei der invertierende Eingangsanschluß mit dem Ausgang der Vergleichsstufe 76 verbunden wird, anstatt mit der (A/F)-Voreinstell-Befehlsschaltung.

Um den Ausschaltschalter S1 zu öffnen, um daürch die Magerkeitsgrenze-Schleife 12 ausser Bereitschaft zu setzen, wenn die Größe der niederfrequenten Rauhigkeitssignale einen niederfrequenten Rauhigkeits-Schwellwert überschreitet, wird die Ausgangsgröße der Differenzier- und Filterstufe 70 auf der Leitung 72 einem herkömmlichen Tiefpaßfilter 90 zugeführt, welches einen Widerstand R15 in Reihe mit einer Kapazität C5 enthält, wobei die Ka-

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pazität C5 auch parallel zu einem Widerstand R16 zwischen dem invertierenden Eingängsanschluß und dem AusgangsanSchluß eines ' Funktionsverstärkers A5 geschaltet ist,, um dadurch die Verstärkung der Einheit (unity gain) zu erreichen.

Die Ausgangsgröße des Tiefpaßfilters 90 wird auf der Leitung 91 dem Eingang von sowohl einem Halbweggleichrichter 92^f als auch der Vergleichsstufe 94' zugeführt. Diese Stufen arbeiten zusammen und führen genau die gleichen Funktionen wie der Vollweggleichrichter 74 und die Vergleichsstufe 76 der primären Magerkeitsgrenze-Schleife 12 durch, sie führen Jedoch zu einer besseren Linearität zwischen den Eingangs- und Ausgangssignalen kleiner Größen, da die Dioden entfallen, die mit den Diodei D1 und D2 in dem Eingangspfad zum Verstärker A2 vergleichbar sind, so daß dadurch die Dämpfung vermieden wird, die sonst dur& den vorwärts gerichteten Spannungsabfall dieser Dioden eingeführt wird. Dies ist wiederum dadurch möglich, daß der Ausgang des Tiefpaßfilters 90 sowohl mit der-Einweggleichrichterstufe 92' und der Vergleichsstufe 94· verbunden ist und nicht mit der Vollweggleichrichter stufe 74, wie im Falle der primären Magerkeitsgrenze-Schleife 12.

Um zu diesem Ergebnis zu gelangen, wird die Ausgangsgröße des Tiefpaßfilters 90 über die Leitung 91 und die Widerstände R17 und R18 jeweils zu den invertierenden Eingangsanschlüssen der Funktionsverstärker A6 und A7 übertragen, wobei die nicht invertierenden Eingangsanschlüsse der Verstärker A6 und A7 in geeigneter Weise geerdet sind und jeweils Abschnitte der Einweggleichrichterstufe 92^f und der Vergleichsstufe 94' enthalten. Der Ausgang des Verstärkers A6 ist sowohl mit der Anode als auch der Kathode der Dioden D5 und D6 verbunden, deren Kathode und Anode jeweils mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers A6 über Widerstände R20 und R21 feekoppelt sind.

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Bei diesen Verbindlangen bewirkt eine positive Ausgangsgröße aus dem Tiefpaßfilter 90, daß eine negative Spannung am Ausgangsanschluß des Verstärkers A6 entsteht. Hierdurch entsteht ein Stromfluß vom Eingang zum Ausgang bzw. Ausgangsanschluß des Verstärkers A6 über den Widerstand R21 und die Diode D6, so daß die sich am Verbindungspunkt 95 zwischen der Anode der Diode D6 und dem Widerstand R21 einstellende Spannung sich umgekehrtmit dem Produkt ändert oder schwankt, welches auf der positiven Eingangsspannung multipliziert mit dem Verhältnis des vorwärts gerichteten Spannungsabfalls der Diode D6, geteilt durch die Verstärkung des Verstärkers besteht. Auf der anderen Seite wird durch eine negative Ausgangsspannung aus dem Tiefpaß 90 die Diode D6 rückwärts vorgespannt, so daß diese nicht leitet, wodurch die Spannung am Verbindungspunkt 95 virtuell zu Null wird und zwar aufgrund der Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang des Verstärkers über die Diode D5 und den Widerstand R20.

Die Spannung am Verbindungspunkt 95 wird zum invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers A7 über einen Widerstand R22 übertragen, der bei dem beschriebenen Anwendungsfall so ausgewählt ist, daß er die Hälfte der Größe bzw. des Widerstandswertes des Widerstandes R18 hat. Bei dieser Beziehung zwischen den Widerstandswerten der-Widerstände R18 und R22 wird jegliche negative Spannung, die vom Verbindungspunkt 95 zum invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers A7 übertragen wird, nur halb so stark als eine positive Spannung bedämpft, die über den Widerstand R18 vom Ausgang des Tiefpasses 90 übertragen wird. Betrachtet man nun die Eingangsgrößen zum Verstärker A7, die über die Widerstände R18 und R22 vorgesehen werden, so bewirkt das Verhältnis zwischen diesen, daß eine positive Ausgangsspannung von einem Volt vom Tiefpaß 90 zu einer ngativen Nettoeingangsspannung von einem Volt zum Verstärker A7 führt, da die positive Spannung, die über dem Widerstand R18 entsteht, nur halb so

groß ist wie das zwei Volt betragende negative Potential, welches durch den Widerstand R22 erzeugt wird. Somit wird die positive Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters 90 wenigstens einweg-gleichgerichtet. Umgekehrt bewirkt eine negative Ausgangsspannung von einem Volt aus dem Tiefpaß 90, daß eine negative Eingangsspannung zum Verstärker A7 gelangt, wobei diese negative Eingangsspannung über dem Widerstand R18 alleine erzeugt wird, da, wie bereits an früherer Stelle angedeutet wurde, die Spannung am Verbindungspunkt 95 virtuell unter diesen Bedingungen der Masse oder Erdpotential entspricht. Darüber hinaus ist für den Fall, daß die Eingangsgröße zum Verstärker A7 negativ ist und zwar für sowohl positive als auch negative Ausgangsgrößen aus dem Tiefpaßfilter 90, diese Ausgangsgröße vollständig gleichgerichtet.

Ein Teil der Vergleichs stufe 94' besteht auch aus einer in geeigneter Weise einstellbaren Bezugsspannungsquelle in Form änes PotentionEfcers 96, dessen fester Widerstand R23 zwischen eine geeignete positive Stromversorgung und Masse geschaltet ist und dessen Schleifkontakt oder Schleifarm mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers A7 über einen Widerstand R24 geschaltet ist. Um die Relaisschaltung 98 zu aktivieren und um dadurch den Ausschaltschalter S1 zu veranlassen, die Hauptmagerkeitsgrenze -Schleife 12 zu öffnen oder auszuschalten, wenn die Niederfrequenz-Rauhigkeitsbezugsspannung, die durch das Potentiometer 96 vorgegeben wird, durch die vollweggleichgerichtete Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters 90 überschritten wird, ist auch der invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers A7 über eine vorwärts gepolte Zenerdiode D7 mit dem Ausgang desselben verbunden und von dort über einen Widerstand R25 zur Basis eines NPN-Transistors Q1, der einen Teil der Relaisschaltung 98 aufweist. Der Kollektor des Transistors Q1 ist mit einem Ende der Wicklung L1 eines Relais verbunden, dessen Kontakte den Schleifen-Ausechalt-Schalter S1 enthalten, und weiter ist das andere Ende der Wick-

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lung L1 rait einer geeigneten positiven Stromversorgung verbunden und ebenso über eine Feldentladereihenschaltung zum Kollektor des Transistors Q1 zurückgeführt, die eine vorwärts gepolte Diode D8 und einen Widerstand R26 enthält. Wenn die negative Nettospannung, die aus der Vollweggleichrichtung der Ausgangsspannung des Tiefpasses 90 resultiert, den Niederfrequenz-Rauhigkeitsschwellwert überschreitet, der durch das Potentiometer 96 vorgegeben wird, so steigt die Ausgangsspannung des Verstärkers A7 unmittelbar auf die Durchbruchsspannung der Zenerdiode D7 an, wodurch der Transistor Q1 in den leitenden Zustand vorgespannt wird, so daß die Wicklung L1 erregt wird und der Schalter S1 öffnet. Wenn dann das Niederfrequenz-Rauhigkeitssignal danach verschwindet, so daß die negative Nettospannung, die aus der Vollweggleichrichtung der Ausgangsspannung des Tiefpasses 90 resultiert, kleiner ist als die Niederitequenz-Rauhigkeitsschwellwertspannung, die durch das Potentiometer 96 vorgegeben wird, so schaltet der Ausgang des Verstärkers A7 unmittelbar virtuell auf Massepotential, welches diesem vom invertierenden Eingang über die D7-Rückkopplungsschleife zugeführt wird, so daß dadurch der Transistor Q1 geschlossen wird bzw. nicht mehr leitet und demzufolge die Kontakte S1 in ihre normalerweise geschlossene Stellung zurückkehren.

Die zuvor beschriebene Abtrenn- oder Ausschalt-Unterschleife kann die normale Betriebsweise der Magerkeitsgrenze-Schleife abändern und zwar durch Abschalten oder Außerbereitschaftsetzen derselben, wenn die Größe von den niederfrequenten Beschleunigungen und Verzögerungen, die gewöhnlich von Befehlsänderungen hinsichtlich der Fahrweise des Fahrzeugs durch den Fahrer resultieren, eine vorher bestimmte Rauhigkeitsgröße überschreitet, die durch die Niederfrequenz-Rauhigkeitsbezugsspannung des Potentiometers 96 bestimmt ist. Auf diese Weise ermöglicht es de Abschalt-Unterschleife 84, daß die Magerkeitsgrenze-Schleife

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normalerweise das Luft/Brennstoffverhältnis nur dann regelt, wenn die Größe von den höherfrequenten Beschleunigungen und Verzögerungen, die durch das Potentiometer 78 vorgegebene bzw. vorher bestimmte Rauhigkeitsgröße überschreitet.

Betrachtet man nun Figur 5, so läßt sich das gleiche Ergebnis einer Begrenzung des normalen Betriebes der Magerkeitsgrenze-Schleife 12 bei Vorhandensein von noch höherfrequenten Beschleunigungen und Verzögerungen durch eine einfachere und wirkungsvolle Ausführungsform 12' erzielen. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform 12· ist die gesamte Ausschalt-Unterschleife 84, die in den Figuren 3 und 4 veranschaulicht ist, durch einen noch zusätzlichen Differenzierer und eine Filterstufe 73 ersetzt, die zwischen dem Ausgang der ersten Differenzierstufe und Filterstufe 70 und dem Eingang der an die Integrierstufe 82 angeschlossenen Kombination aus Vollweggleichrichter und Vergleichsstufe eingefügt ist. Durch die zweite Differenzierstufe und Filterstufe 73 w±d eine Ausgangsgröße erzeugt, die mit der zweiten Ableitung des Geschwindigkeitssignals schwankt, welches dem Anschluß T1 der ersten Differenzier- und Filterstufe 70 zugeführt wird, so daß dadurch die alternative Magerkeitsgrenze-Schleife 12' die beginnende Rauhigkeit verhindert (anticipate), die nicht nur großen, sondern ebenso kleinen Beschleunigungen und Verzögerungen der Maschine zugeordnet sind und ebenso die Rauhigkeit, die kleinen, jedoch schnellen Änderungen in den genannten Beschleunigungen und Verzögerungen zugeordnet ist. Da das Rauhigkeitssignal, welches durch die Kombination aus Gleichrichter und Vergleichsstufe erzeugt wird, die Änderungsfolge der Beschleunigung und der negativen Beschleunigung anzeigt und nicht die Änderungsfolge der Geschwindigkeit, ist dieses Signal auch kennzeichnend für solche kleinen Änferungen in der Beschleunigung oder Negativbeschleunigung, die sehr plötzlich auftreten oder in diesem Fall mit hohen Frequenzen auftreten oder bei den großen Beschleuni-

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gungen und Negativbeschleunigungen, die mit niedrigen Frequenzen auftreten. Die Magerkeitsgrenze-Schleife 12' ist daher wesentlich mehr empfindlich - für eine vergleichsweise Größe der Beschleunigung und Negativbeschleunigung - gegenüber der Rauhigkeit, die durch die hochfrequenten Komponenten des Geschwindigkeitssignals verursacht wird, wie diejenigen, die auf momentane Unterschiede in der Leistung bezogen sind, die durch aufeinanderfolgende Zündung der Zylinder verursacht werden, als hinsichtlich der Rauhigkeit, die durch niederfrequente Komponenten des Geschwindig— keitssignals verursacht wird, wie beispielsweise diejenigen, die auf Änderungen der Arbeitsweise der Maschine aufgrund der Befehle des Fahrers zurückführbar sind. Darüber hinaus werden durch geeignete Auswahl der Widerstände und der Kapazitäten, welche die erste und die zweite Differenzierstufe und Filterstufen 70 und 73 enthalten, die niederfrequenten Komponenten des Signals entsprechend der zweiten Ableitung, welches durch die zweite Differenzierstufe erzeugt wird, noch weiter gegenüber der niederfrequenten Komponenten gedämpft, die "durch die erste Differenzierstufe 70 geführt werden, so daß diese praktisch eüniniert werden.

Zur Untastützung des Verständnisses der Natur und der Betriebswelse der Einheiten und Komponenten, welche Magergrenze-Schleife 12' ausmachen, die in Figur 5 veranschaulicht ist, soll im folgenden auf die Beschreibungen ähnlicher Einheiten und Komponenten, die bereits vorangegangen beschrieben wurden, bezug genommen werden, die in Verbindung mit Figur 4 stehen, wobei diese ähnlichen Einheiten und Komponenten in identischer Weise bezeichnet sind. Die erste Differenzierstufe und Filterstufe 70 filtert und differenziert das Geschwindigkeitssignal, welches am Eingangsanschluß T1 entsteht und erzeugt auf der Leitung 72 ein differenziertes Signal, welches sich mit der ersten Ableitung des Geschwindigkeitssignals ändert. Die Ausgangsgröße auf der Leitung

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72 wird über eine Kapazität C6 an den invertierenden Eingangsanschluß eines Funktionsrerstärkers A8 der zweiten Differenzierstufe und Filterstufe 73 gekoppelt, wobei der nicht invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers A8 in geeigneter Weise geerdet ist. Der Ausgangsanschluß von A8 ist zu dem invertierenden Eingangsanschluß über eine Filterschaltung zurückgeführt, welche die Kapazität C7 parallel zum Widerstand R27 enthält, wobei die kapazität C6 und der Widerstand R27 in Verbindung mit dem Verstärker A8 ebenfalls eine konventionelle Differenzierstufe ausmachen, die eine Voreilübertragungsfunktion Ts besitzt. Die Ausgangsgröße der zweiten Differenzierstufe und Filterstufe 73 wird dem Eingang der Kombination aus Vollweggleichrichter und Vergleichsstufe zugeführt, die, obwohl sie so dargestellt ist, daß sie eine Halbweggleichrichterstufe 92' und eine Vergleichsstufe 94' enthält, ähnlich denjenigen, die in Verbindung mit der Ausschalt-Unterschleife 84 vorausgehend beschrieben wurden, auch einen Vollweggleichrichter 74 und eine Vergleichsstufe 76 enthalten kann, die ebenfalls bereits unter Hinweis auf Figur 4 beschrieben wurden. Ähnlich erfüllt die Luft/BrennstoffVoreinstellschaltung 86' für die anfängliche in Bereitschaftsetzung der Ausgangsgröße der Magergrenze-Schleife 12', im wesentlichen die gleiche Funktion wie die Luft/Brennstoffvoreinstellschaltung 86, die zu Beginn die Magergrenze-Schleife 12 in Bereitschaft setzt, wobei jedoch die Schaltung 86' den Schalter S2 im Eingangskreis zum invertierenden Anschluß des Verstärkers A4 der Integrierstufe 82 ersetzt und zwar durch einen NPN-Transistor Q2 und einen Unijunction-Transistor Q3. Der Kollektor des Transistors Q2 ist sowohl über einen Widerstand R30 an eine positive Stromversorgungsquelle geführrt als auch über eine Diode D9 an die Basis des Transistors Q3 und weiter ist der Emitter des Transistors Q2 in geeigneter Weise geerdet und durch einen Widerstand R29 gegenüber der Basis des Transistors Q2 vorgespannt. Ein am Initialisierungsanschluß T3 angelangendes positives Eingangsbefehls-

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signal wird über einen Widerstand R28 zur Basis des Transistors Q2 übertragen, wodurch der Transistor Q2 eingeschaltet wird und dadurch wiederum der Unijunction-Transistor Q3 eingeschaltet wird. Wenn der Unijunction-Transistor Q3 eingschaltet ist, gelangt die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem Rückkopplungswiderstand R14 und dem Schleifarmwiderstand R12 des Potentiometers zum invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers A4, um am Anschluß T2 ein vorher bestimmtes positives Ausgangssignal entstehen zu lassen,.wobei dieses Ausgangssignal das gewünschte voreingestellte Luft/Brennstoffverhältnis herbeiführt.

Aufgrund begrenzter Daten, die von Testergebnissen der Magergrenze-Schleife 12 in Labors erhalten wurden, wie in Figur 1 veranschaulicht, wurde aus Dauerzustandstests festgestellt, daß sich gute Fahreigenschaften beibehalten lassen und zwar für Luft/Brennstoffverhältnisse bis zu 19 : 1. Bei einem Standard-Fahrzyklus mit konstantem Probevolumen (CVS) arbeitete die Magerkeitsgrenze-Schleife 12 zufriedenstellend und hielt eine sehr gute Fahreigenschaft aufrecht, wobei jedoch gleichzeitig die ausgestossene Masse von bestimmten Verunreinigungen, wie z.B. Kohlenwasserstoffe, einschneidend reduziert wurde..Es konnte ein Grundlinienwert von 3,732 g/Meile bei einem Grundlinienluft/Brennstoffverhältnis von 14,5 ohne in Betrieb genommende Schleife auf einen Wert von 0,756 g/Meile mit in Betrieb befindlicher Schleife gebracht werden, um das Luft/Brennstoffverhältnis von 14 bis 20 zu ändern, wobei diese Verhältnisse au-s tatsächlichen Messungen der Luftströmung/der Brennstoffströmung berechnet wurden und derartige Ausstoßwerte aus Proben ermittelt werden, die gesammelt und analysiert werden.

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

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Λ j Regelsystem für das Luft/Brennstoffmischverhältnis einer Brennkraftmaschine, um die an die Brennkraftmaschine abgegebene Mischung aus Luft und Brennstoff zi regeln, wobei die Maschine Luftinduktionseinrichtungen zum" Zuführen eines vom Fahrer steuerbaren Luftstromes, eine Brennstoffabgabeeinrichtung zum Abgeben einer gesteuerten Brennstoffströmung zur Luftinduktionseinrichtung in einem regelbaren Verhältnis zur Luftströmung besitzt und weiter ein drehbares Teil vorhanden ist, dessen momentane Geschwindigkeitsänderungen den momentanen Geschwindigkeitsänferungen der Maschine folgen, um dadurch die Rauhigkeit bzw. den rauhen Lauf der Maschine anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem für das Luft/Brennstoffmischverhältnis folgende Einrichtungen enthält: eine den rauhen Gang der Maschine abtastende Einrichtung (12), die an die Maschine (10) angeschlossen ist und momentane Geschwindigkeitsänderungen des drehbaren Teiles abtastet und ein Rauhigkeitssignal vorsieht, dessen Größe mit den momentan abgetasteten Geschwindigkeitsänderungen schwankt; eine Brennstoffabgaberegeleinrichtung (60), die an die Brennstoffabgabeeinrichtung (42) und an die den rauhen Gang der Maschine abtastende Einrichtung(i2) angeschlossen ist, um die Brennstoffabgäbeeinrichtung (42) derart zu regeln, daß die Brennstoffströmung in einem vorher gewählten Verhältnis oder Beziehung zur Luftströmung schwankt, derart, daß die Größe des Rauhigkeitssignals auf einem vorher bestimmten Wert bzw. Größe gehalten wird.
2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffabgaberegeleinrichtung (60) die Brennstoffabgabeeinrichtung (42) derart regelt, daß die Brennstoffströmung in Relation zur Luftströmung normalerweise abnimmt und daduch das Luft/Brennstoffverhältnis in Richtung mager vorgespannt wird, bis die Größe d=s Rauhigkeitssignals eine vorher bestimmte Grös-

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se überschreitet, und daß danach die Brennstoffströmung in Relation zur Luftströmung erhöht wird, derart, daß dadurch das Luft /Brennstoff verhältnis in Richtung fett vorgespannt wird, so daß die Brennstoffabgabeeinrichtung (42) die Größe des Rauhigkeitssignals bei der vorherbestimmten Größe reguliert bzw. auf diese einstellt.
3. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den rauhen Gang der Maschine abtastende Einrichtung (12) folgende Merkmale und Einrichtungen aufweist: eine die Umdrehungsgeschwindigkeit abtastende Einrichtung (68), die dem drehbaren Teil zugeordnet ist, um ein Geschwindigkeitssignal "zu erzeugen, welches sich mit der Umdrehungszahl ändert; eine das GeBChwindigk.eitssignal differenzierende Einrichtung (70), die in elektrischer Schaltverbindung mit der Abtasteinrichtung (66) steht, um ein Rauhigkeitssignal zu erzeugen, welches sich mit einer Ableitung des Umdrehungsgeschwindigkeitssignals ändert; eine Gleichrichtereinrichtung (74), die schaltungstechnisch mit der Differenziereinrichtung (70) für das Umdrehungsgeschwindigkeitssignal verbunden ist, um das Rauhigkeitssignal gleichzurichten und ein gleichgerichtetes Rauhigkeitssignal zu erzeugen; eine schaltungsmässig mit der Gleichrichtereinrichtung (74) von einer Quelle (78) eines Räuhigkeits-Schwellwert-Bezugssignals verbundenen Vergleichsstufe (76), um ein Vergleichssignal zu erzeugen, welches eine erste und eine zweite Größe einnimmt, wenn das gleichgerichtete Rauhigkeitssignal jeweils oberhalb und unterhalb von dem RauhigkeJtB-Schwellwert-Bezugssignal zu liegen kommt; eine Integrierstufe (82), die mit der Vergleichsstufe (76) verbunden ist und ein Steuer- oder Regelsignal erzeugt, dessen Grösse sich mit einer ersten vor-her bestimmten Folge oder Geschwindigkeit ändert, wenn die Größe des Vergleichssignals eine der ersten oder der zweiten Größe erreicht, und sich mit einer zweiten vorher bestimmten Folge oder Geschwindigkeit ändert, wenn

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die Größe des Vergleichssignals die andere von der ersten und der zweiten Größe erreicht; daß die Brennstoffabgaberegeleinrichtung (60) mit der Integrierstufe (82) und der Brennstoffabgabeeinrichtung (42) verbunden ist.
4. Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (74) aus einem Vollweggleichrichter besteht und daß die erste vorher bestimmte Folge oder Geschwindigkeit der Änderung der Größe des Regelsignals bewirkt, daß diese Größe zunimmt, während die zweite vorher bestimmte Folge oder Geschwindigkeit der Änderung der Größe des Regelsignals bewirkt, daß diese Größe abnimmt.
5. Regelsystem nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Umdrehungsgeschwindigkeit abtastende Einrichtung (68) in geeigneter Weise sowohl die hochfrequenten Geschwindigkeitsänderungen des sich drehenden oder rotierenden Teiles, die von dem von der Magerkeit induzierten rauhen Gang der Maschine resultieren, als auch die niederfrequenten Geschwindigkeitsänderungen erfaßt, die aus vom Fahrer hervorgerufenen Fahrbe&ngungsänderungen der Maschine resultieren, und daß eine Hilfsregeleinrichtung (84) vorgesehen ist, die auf die niederfrequenten Geschwindigkeitsänderungen anspricht und die Betriebsweise der den rauhen Gang der Maschine abtastenden Einrichtung (12) bei Vorhandensein der genannten niederfrequenten Geschwindigkeitsänderungen abwandelt.
6. Regelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsregeleinrichtung (84) eine auf Frequenz ansprechende bzw. empfindliche die Führung übernehmende Regeleinrichtung (90, 92, 94, 98) enthält, die auf die niederfrequenten Änderungen anspricht und das Rauhigkeitssignal daran hindert, zu bewirken, daß die Brennstoffabgaberegeleinrichtung (12) die Brennstoffab-

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gabeeinrichtung (42) steuert, so daß-dadurch das Luft/Brennstoff Verhältnis bei Vorhandensein der niederfrequenten Geschwindigkeitsänderungen vermindert wird.