DE2413477B2 - Digitales elektronisches Steuersystem - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales elektronisches Steuersystem, bei dem mittels eines ein digitales Ausgangssignal liefernden Fühlers wenigstens eine dem Betriebszustand der Steuerstrecke entsprechende Größe erfaßbar ist, bei dem in Abhängigkeit vom so Ausgangssignal des Fühlers entsprechend einer digital vorgegebenen Steuerkennlinie ein Hauptsteuersignal erzeugbar ist und bii dem ferner ein die Genauigkeit der Steuerung erhöhendes Korrektursignal vorgesehen ist.

Ein solches Steuersystem ist aus der US-PS 36 89 753 bekannt. Bei dem bekannten Steuersystem wird die Steuerstrecke von einer Brennkraftmaschine dargestellt, deren als Stellgröße dienende Brennstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von zwei Betriebsparametern der Maschine und einer Steuerkennlinie variabel ist. Als «> Parameter kommen beispielsweise die Maschinendrehzahl, der Ansaugdruck oder die Stellung der Drosselklappe in Betracht. Zwei dieser Parameter werden mittels eines Meßwertgebers oder Fühlers erfaßt und in eine digitale Ausgangsgröße umgesetzt. Das digitale ··> Ausgangssignal eines dieser Fühlers gelangt über einen Dekoder auf die Eingangsleitungen einer Matrixschaltung, die mehrere Gruppen von Ausgangsleitungen besitzt. Zwischen jeder Gruppe von Ausgangsleitungen und den Eingangsleitungen der Matrix besteht eine Zuordnung in Form einer Steuerkennlinie, Eine vom Ausgangssignal des zweiten Fühlers gesteuerte Schalteinrichtung wählt die Ausgangsleitungen einer Gruppe der Matrix aus und verbindet sie mit dem Stellglied zur Steuerung der Brennstoffeinspritzmenge. Das Stellglied wird daher mit einem Signal beaufschlagt, das sich als eine Multiplikation der beiden erfaßten Parameter mit einem den Steuerkennlinien entsprechendem weiteren Multiplikationsfaktor darstellt. Zur Erhöhung der mit der grob digitalisierten Steuerkennlinie erzielbaren Genauigkeit sieht das bekannte Steuerungssystem vor, daß dem Eingangssignal der Matrixschaltung ein Korrektursignal in Form einer Dreieckschwingung überlagert wird, so daß sich ein Mittelwert der Stellgröße einstellt, der dem Belriebsparameter genauer entspricht. Auf diese Weise kann zwar die Genauigkeit erhöht werden, jedoch ist hierfür ein analoger Schaltungsteil erforderlich.

Eine Erhöhung der Genauigkeit auf rein digitalem Wege könnte durch eine feiner unterteilte Steuerkennlinie erzielt werden, die eine exaktere Annäherung an einen analogen Verlauf darstellt. Ein solche Steuerkennlinie setzt jedoch einen Speicher mit einer entsprechend großen Kapazität voraus, der die Schaltungsstruktur teuerer und komplizierter macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein digitales elektronisches Steuersystem der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Genauigkeit der Steuerung mittels eines digitalen Korrektursignals erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das Ausgangssignal des den Betriebsparameter erfassenden Fühlers wird somit einer Kompensationseinrichtung mit einer weiteren Steuerkennlinie (Hilfssteuerkennlinie) zugeführt, die eine sehr viel feinere Unterteilung als die eigentliche S«euerkennlinie besitzt und diese in einem Bereich der Steuerung ersetzt, in dem es auf eine besondere Genauigkeit ankommt. Die Ausgangssignale der diese beiden Kennlinien enthaltenden Schaltungsteile werden addiert und bilden zusammen die eigentliche Stellgröße. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Steuerung unabhängig vom allgemeinen Verlauf der eigentlichen Steuerkennlinie erhöht werden, während bei dem bekannten Steuersystem nur eine lineare Interpolation zwischen zwei diskreten Wertepaaren der Steuerkennlinie möglich ist, die insbesondere dann zu erheblichen Fehlern führen kann, wenn die Steuerkennlinie stark nichtlinear ist.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Steuersystems auf eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf die Brennstoffeinspritzung einer solchen, läßt sich eine beträchtliche Herabsetzung des CO-Gehaltes im Auspuffgas beim Leerlauf erreichen, indem der negative Ansaugdruck in der Brennkraftmaschine von einem Fühler ermittelt wird, die Brennstoffeinspritzdauer entsprechend der Steuerkennlinie aus einem Speicher ausgelesen wird, ein Brennstoffeinspritz-Korrektursignal im Leerlaufzustand entsprechend einer Hilfssteuerkennlinie aus einem Hilfsspeicher ausgelesen wird und die Brennstoffeinspritzung entsprechend der ausgelesenen Brennstoffeinspritzdauer und dem Brennstoffeinspritz-Korrektursignal gesteuert wird.

Aus der Zeitschrift »Elektronik« (1959) H. 3, S. 71, ist es bekannt, die Steuerkennlinien zweier Istwertgeber

einer Regeleinrichtung so auszulegen, daß ein Geber die Grobregelung und ein Geber die Feinregelung steuert. Für dieses Prinzip wird kein Schutz begehrt.

Andere Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. la und Ib in Kombination ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen digitalen elektronischen Steuersystems,

F i g. 2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Schnltungsteils vom Fühler bis zum digitalen Schaltwerk,

Fig.3a und 3b in Kombination ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Schaltungsteils von der Zwischenspeicherschaltung bis zur Addierschaltung,

Fig.4 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Drehzahlwählschaltung,

Fig.5 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Schaltungsteiles vom Pulsbreiten-Modulator bis zum elektromagnetischen Einspritzer,

F i g. 6 ein Schaltbild eines Ausführungsbft'spiels einer Tempera turkompensations-Steuerschaltung,

F i g. 7 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Synchronisierschaltung,

Fig.8 Spannungsverläufe an verschiedenen Stellen der in F i g. 7 dargestellten Synchronisierschaltung,

Fig.9 charakteristische Diagramme, die Ausführungsbeispiele der Steuerkennlinie veranschaulichen, und

Fig. 10a und 10b in Kurvenform den CO-Gehalt des Auspuffgases für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bzw. für eine entsprechende Konventionelle Einrichtung.

Zunächst sei auf die F i g. 1 a und 1 b Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel einer digitalen Steuerung für die Brennstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine zeigen. Ein Fühler la ermittelt den negativen Druck, d. h. den Saugdruck in der Brennkraftmaschine und erzeugt ei·' diesem entsprechendes Spannungssignal. Ein Beschleunigungsfühler Xb ermittelt die Größe der Beschleunigung und erzeugt ein entsprechendes Spannungssignal. Außerdem sind ein Spannungsschwankungsfühler Ic, der die Spannung des Stromversorgungssystems der Steuerung ermittelt, sowie ein Temperaturfühler Xd vorgesehen, der die Maschinentemperatur ermittelt und ein dieser entsprechendes Spannungssignal erzeugt; der Temperaturfühler \d besteht beispielsweise aus einem Thermisator, dessen Widerstand sich mit der Temperatur des Kühlwassers ändert. Eine Verstärkungseinstelleinrichtung 2 dient zur Einstellung der Verstärkung der Ausgangssignale der Fühler Xa, Xb, Xc und Xd. Die Verstärkungseinstelleinrichtung 2 ermöglicht zwei Arten von Verstärkung für das dem negativen Druck entsprechende Spannungssignal vom Ausgang des Fühlers la, und zwar eine für das Haupt-Unterdruck-Signal 2A₂ des negativen Drucks für die Steuerkennlinie und eine andere für das Korrektur-Unterdruck-Signal 2/4i des negativen Drucks beim Leerlauf für die Kompensationseinrichtung mit der Hilfssteuerkennlinie. In entsprechender Weise ergeben sich am Ausgang der Verstärkungseinstelleinrichtung 2 das Beschleunigungs-Signal 20, das Spannungs- bzw. Stromquellenschwankungs-Signal 2C und das Maschinentemperatur-Signal 2LX Ein Multiplexer 3 wählt die Ausgangssignale 2A_U 2A₂, 25, 2C,und 2D der Verstärkungseinstelleip-ichtung 2 aus und führt sie der nächstfolgenden Stufe zu. Ein Analog-Digital-Umseuer 4 (nachstehend kurz als A-D-Umsetzer bezeichnet) setat die Analogsignale des Multiplexers 3 in Digitalsignale um. Eine Drehzahlwählschaltung 5 erzeugt ein auf einen gewünschten Drehzahlbereich beschränktes Wählsignal. Ein Verteiler 6 erzeugt ein Rotationssignal synchron mit der Umdrehung der Maschine und führt dieses der Drehzahlwählschaltung 5 zu. Ein digitales Schaltwerk 7 wird synchron mit dem Multiplexer 3 ίο geschaltet und führt das digitale Eingangssignal mit jedem Schritt einem bestimmten der fünf Ausgangsanschlüsse zu. Eine Zwischenspeicherschaltung 8 für die ermittelten Werte umfaß», sogenannte Zwischenspeicherschaltkreise 8a, Sb, 8c, Sd, Se und Sf. Eine Dekodierschaltung 9 setzt die aus 5 Bit bestehenden digitalen Ausgangssignale dieser Zwischenspeicherschaltkreise in Auslesesignale bestehend aus 32 Bit um; die Dekodierschaltung 9 umfaßt Dekoder 9a, 9b, 9c, 9c/, 9eund9£

Eine Speicherschaltung 10 enthält verschiedene Steuerkennlinien, die vorher eingeteilt worden sind. In einem Speicher 1! dieser Speicherschaltung is: die digitale Steuerkennlinie zur Erzeugung des Hauptsteuersignals gespeichert und enthält eingangs- wie ausgangsseitig 32 Bits bzw. Stufen, deren Zuordnung vorher eingestellt worden ist. Das Ausgangssignal des Speichers 11 besteht aus 5 Bit und stellt eine dem Saugdruck entsprechende Einspritzvariable dar. Die Kompensationseinrichtung 12 ist als Hilfsspeicner ausgeführt und speichert die Hilfsste'ierkennlinie mit 32 Bit- bzw. Stufen im Eingang und 16 Bit- bzw. Stufen im Ausgang, die entsprechend einer Feinunterteilung eines Teils der Hauptsteuerkennlinie eingestellt worden ist und beispielsweise als Korrekturgröße für den Saugdruck im Leerlaufzustand dient. Das Ausgangssignal des Hilfsspeichers 12 ist ein 4 Bit-Digitalsignal, das das Korrektursignal darstellt. Ein Speicher 13 speichert eine Drehzahlsteuerkennlinie mit 32 Bit Eingang und 16 Bit Ausgang für die Drehzahlkompensation und gibt ein aus 4 Bit bestehendes Digitalsignal ab. Eine Speicherschaltung 14 speichert eine Steuerkennlinie mit 32 Bit F'ngang und 16 Bit Ausgang für die Beschleunigungsdifferentialkompensation und gibt ein 4 Bit-Digitalsignal ab. Ein Speicher 15 speichert eine Spannungskompensa-J"> tionssteuerkennlinie mit 32 Bit Eingang und 16 Bit Ausgang für die Spannungskompensalion und gibt ein 4 Bit-Digitalsignal ab. Eine Speicherschaltung 16 speichert eine Temperaturkompensationssteuerkennlinie mit 32 Bit Eingang und 16 Bit Ausgang für die >o Temperaturkompensation und gibt ein 5 Bit-Digitalsignal ab.

Eine Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 enthält Zwischenspeicherschaltkreise 17a, 17i>, 17c, XTd, 17eund 17/. die den Zwischenspcicherschaltkreisen 8a bis 8/"der 5) Zwischenspeicherschaltung 8 gleichen. Eine Additionseinrichtung 18 umfaßt Addierer 18a, XSb, XSc und XSd. Ein Pulsbreiten-Modulator wandelt d'e Gesamtsumme vom Ausgang des Addierers 18a in ein Zeitintervall bzw. eine Impulsbreite um und enthält Modulatoren 19a, X?!b, κι 19c und 19c/für Jie jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine die aufeinanderfolgend synchron mit dem Drehzahlsignal vom Verteiler 6 eine Umwandlung durchführen und Einspritzimpulse erzeugen. Eine Temperaturkompensations-Steuerschaltung 20 verän-■ ι dert entsprechend dem 5 Bit-Signal vom Zwischenspeicherschaltkreii X7f in der Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 die Frequenz eines Pulsbreitenmodulationstaktimpulses für die Pulsbreiten-Modulations-

schaltung 19, um damit eine Temperaturkompensation zu erzielen. Eine Treiberschaltung 21 besitzt Leistungsverstärker 21a, 2ib, 21c und 21c/ zur Verstärkung der Einspritzimpulse von den Wandlern 19a bis 19d Ein elektromagnetischer Einspritzer 22 besitzt elektromagnetische Ventile 22 besitzt elektromagnetische Ventile 22a, 226,22cund 22d, die in den jeweiligen Zylindern der Urcnnkraftmaschine vorgesehen sind und in Abhängigkeit von den Signalen geöffnet werden, die von den Leistungsverstärkern 21a bis 2\dzugeführt werden. Die Ventilöffnungszeit bestimmt die Brennstoffeinspritzmenge. Eine Synchronisierungsschaltung 23 synchronisiert die Zwischenspeicherschaltungcn 8 und 17 durch Taktimpulse, um die Einschreibsteuerung zu starten und die ermittelten Werte und Einspritzvariablen zu speichern; die Synchronisierungsschaltung 23 synchronisiert auch die Speicherschaltung, um das Auslesen zu speichern und sie liefert schließlich die Standardtaktimpulse zurTemperaturkompensationssteuerschaltung 20.

Nachstehend wird die Betriebsweise des oben erläuterten Aufbaus beschrieben:

Wenn der Multiplexer 3 von den Ausgängen der Verstärkungseinstelleinrichtung 2 das Hilfs-Unterdrucksignal 2A\, das durch Verstärkungseinstellung der vom Fühler Xa abgegebenen Spannung erhalten wird, auswählt, dann wird dieses Signal 2A\ im A-D-Umsetzer 4 in ein 5 Bit-Digitalsignal umgewandelt; das 5 Bit-Digitalsignal wird über das digitale Schaltwerk 7 in den Zwischenspeicherschaltkreis Sb der Zwischenspeicherschaltung 8 für die Fühler eingegeben, gelangt dann in den Dekoder 9b und schließlich in die Kompensationseinrichtung 12, in der die Hilfssteuerkennlinie für die Leerlaufkorrektur eingestellt ist. Dadurch wird aus der Kompensationseinrichtung 12 ein aus 4 Bit bestehendes Korrektursignal ausgelesen und in den Zwischenspeicherschaltkreis 17Λ der Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 eingeschrieben. Entsprechend gelangt die dem negativen Saugdruck entsprechende Haupt-Unterdruck-Spannung 2A2, wenn sie im Multiplexer 3 ausgewählt wird, an den Speicher 11. -in Dadurch wird ein aus 5 Bit bestehendes Hauptsteuersignal, das die Brennstoffeinspritzvariable repräsentiert, aus dem Speicher 11 ausgelesen und in den Zwischenspeicherschaltkreis 17a der Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 eingeschrieben. Weiterhin wird dieses digitale Hauptsteuersignal, das im Haupt-Unterdrucksignal 2/42 entspricht, auch in den Speicher 13 für die Drehzahlkompensation eingegeben. Nur dann, wenn die Drehzahlwählschaltung 5 ein Wählsignal erzeugt, wird ein Drehzahlkompensationssignal bestehend aus 4 Bit >n aus dem Speicher 13 ausgeleser, und in den Zwischenspeicherschaltkreis 17c der Einspritzzwischenspeicherschallung 17 eingeschrieben. Das Wählsignal wird von der Drehzahlwählschaltung 5 erzeugt, wenn die Maschinendrehzahl innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt Wenn der Multiplexer 3 das Beschleunigungssignal 2B auswählt, das durch Verstärkungseinstellung der vom Beschleunigungsfühler \b abgegebenen Spannung erhalten wird, wird ein dem Beschleunigungssignal 20 entsprechendes Digitalsignal an den w> Speicher 14 für die Beschleunigungsdifferentialkompensation angelegt. Daraufhin wird ein Beschleunigungsdifferentialkompensationssignal, das aus 4 Bit besteht, aus dem Speicher 14 ausgelesen und in den Zwischenspeicherschaltkreis 17c/ in der Einspritzzwischen- n·- speicherschaltung 17 eingeschrieben. Entsprechend werden ein Spannungskompensationssignal bestehend aus 4 Bit und ein Temperaturkompensationssignal bestehend aus 5 Bit aus dem Speicher 15 bzw. dem Speicher 16 ausgelesen und in die Zwischenspeicher-Schaltkreise 17c bzw. YIf in der Einspritz/.wischcnspeicherschaltung 17 eingeschrieben. Eine entsprechende Verarbeitung geschieht mit dem Stromquellenschwankungssignal 2Cbzw. dem Maschinentemperatursignal 2D. Nach den obigen Einschreiboperationen in die Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 werden die Werte, die in die fünf Zwischenspeicherschaltkreise 17a bis 17c eingeschrieben worden sind, in den vier Addierern 18a bis 18c/ der Additionsschaltung 18 addiert, um auf diese Weise am Ausgang des Addierers 18a die Gesamtsumme zu erzeugen. Diese Gesamtsumme wird an den Pulsbreitenmodulator 19 angelegt. In diesem werden die jeweiligen Modulatoren 19a bis 19c nacheinander synchron mit dem Rotationssignal vom Verteiler 6 betätigt, und sie erzeugen Einspritzimpulse, die der Einspritzmenge entsprechen. Dabei kann die Frequenz der Taktimpulse der für die Pulsbreitenmodulatoren in der Temperaturkompensationssteuerschaltung 20 verändert werden, so daß eine Temperaturkompensation erreicht wird. Die Einspriizimpulse werden durch die jeweiligen Leistungsverstärker 21a bis 21a verstärkt und öffnen nacheinander die jeweiligen elektromagnetischen Ventile 22a bis 22c/, um Brennstoff in die jeweiligen Zylinder einzuspritzen.

Im folgenden werden nähere Einzelheiten des Steuersytems unter Bezugnahme auf die näher ausgeführten Schaltbilder der F i g. 2 bis 7 erläutert:

Fig. 2 zeigt die elektrische Schaltung der Fühler la bis Ic/, und der Verstärkungseinstelleinrichtung 2, sowie den Multiplexer 3, den AD-Umse!zer 4 und das digitale Schaltwerk 7. Der den negativen Druck ermittelnde Fühler la kann üblicher Bauart sein, wie sie in elektronischen Steuereinrichtungen für die Brennstoffeinspritzung verwendet werden; er kann beispielsweise ein Fühler sein, in dem eine Membran entsprechend dem negativen Druck verstellt und diese Verstellung auf den Schiebekontakt eines Schiebewiderstandes übertragen wird, um auf diese Weise eine dem negativen Druck entsprechende Spannung zu erzeugen. Die erzeugte Spannung wird dann in die Verstärker 2ai und 2a2 der Verstärkungseinstelleinrichtung 2 eingegeben, damit das Hilfs- oder Leerlauf-Unterdrucksignal 2A\ (siehe auch Fig. la) und das Haupt-Unterdruck-Signal 2A₂ (siehe auch Fig. la) an den jeweiligen Ausgängen erzeugt werden. Der Beschleunigungsfühler \b kann einer der bekannten Beschleunigungsfühler sein, die einen Generator aufweisen, welcher die Drehung oder Bewegung eines Magneten, der in einem Drosselventil eingebaut ist, ausnutzt. Die so erzeugte Spannung · -ird dann in den Verstärker 26 der von gleichem Aufbau wie der Verstärker 2a₂ ist, eingegeben, so daß am Ausgang das Beschleunigungssignal 2B erzeugt wird. Der Spannungsschwankungsfühler Ic kann die Quellenspannung für die Aktivierung des elektromagnetischen Ventils als ermittelte Spannung anwenden und diese an den Verstärker 2c anlegen, der von gleichem Aufbau wie der Verstärker 2a₂ ist, so daß auf diese Weise am Ausgang das Stromquellenschwankungssignal erzeugt wird Der Temperaturdetektor id kann einen Thermistor \d\ aufweisen, der seinen Widerstand mit der Maschinentemperatur verändert und eine dieser entsprechende Spannung abgibt Diese Spannung wird in den invertierenden Verstärker 2d eingegeben, so daß am Ausgang die Maschinentemperatur 2D erzeugt wird.

Der Multiplexer 3, der diese feinermittelten analogen Signale 2A_x, 2A₂,2B, 2Cund 2D nacheinander auswählt.

kann ein 8-Kanal-Analogmultiplexer sein. Der A-D-Umsetzer 4. der das ausgewählte Analogsignal in ein Digitalsignal umwandelt, benützt eine bekannte 5 Bit-Schaltung. Das Digitalsignal vom A-D-Umsetzcr 4 wird in das digitale Schaltwerk 7 eingegeben, das mit der Auswähloperation des Multiplexers 3 synchronisiert ist und an seinen jeweiligen Ausgangsanschlüssen 5 Bit-Dipitalsignale 7A\, 7 A₂, 70,7Cund 7 Dentsprechend den eu.eugten Signalen 2/41,2^2,2fl,2Cund2Derzeugt.

Der Hauptteil der beiden Reihen von Schaltungen der Fühler-Zwischenspeicherschaltung 8, der Dekodierschaltung 9, der Speicherschaltung 10, der Einspritz-Zwischenspeicherschaltung 17 und der Addierschaltung 18, in welche die Digitalsignale 7A\, 7Aj, 7B, 7Cund 7d eingegeben werden, ist in F i g. 3 gezeigt.

Der Zwischenspeicherschaltkreis 8a, der Zwischenspcicherschaltung 8 in den Fig. 3a und 3b, in welchen das 5 Bit-Digitalsignal 7A\ synchron mit einem Einschreibsignal am Anschluß 23Ceingeschrieben wird, kann aus einer entsprechenden handelsüblichen Schaltung bestehen. Das Ausgangssignal dieses Zwischenspeichcrschaltkreises 8a wird im Dekoder 9a der Dekodierschaltung 9 in ein 32 Bit-Signal zum Auslesen der Steuergröße umgewandelt. Die anderen Zwischenspeicherschaltkreise 86 bis Sf können aus der gleichen Schaltung wie der Zwischenspeicherschaltkreis 8a hergestellt sein. Im Speicher 11, an den das 32 Bit-Signal vom Dekoder 9a angelegt wird, besitzt der Hauptsteuerkennlinienteil Iiao eine Diodenmatrix mit einer Kapazität von 32 Bit-32 Bit, die ein Festwertspeicher jo sein kann und die Steuerkennlinie enthält. Ein die Einspntzvariable darstellendes Einspritzsignal bestehend aus 32 Bit wird entsprechend dem Haupt-Unterdruck-Signal 2A₂ mittels des 32 Bit-Signals vom Dekoder 9a aus dem Festwertspeicher 11a₀ ausgelesen. J5 Mit Hai und 1Ia₂ sind handelsübliche Datenwähler bezeichnet, während lias und 1Ia* handelsübliche Zähler sind. Mit llas und Ilae sind NAND-Glieder und mit 1Ia₇ und Ha₈ NOR-Glieder, die ein Flipflop bilden, bezeichnet. Im Speicher 11 des beschriebenen Aufbaus wird ein aus der Hauptsteuerkennlinie bzw. aus dem Festwertspeicher 11a<> ausgelesener Dezimalwert in einen Binärcode umgewandelt, damit sich ein aus 5 Bit bestehendes Hauptsignal ergibt. Dieses Hauptsignal wird in den Zwischenspeicherschaltkreis 17a der Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 eingeschrieben. In entsprechender Weise wird aus der Kcrnpensationseinrichtung ein Korrektursignal, das dem Digitalsignal 7A₂ im Leerlaufzustand entspricht, in den Zwischenspeicherschaltkreis 17b eingeschrieben. Die Kompensa- « tionseinrichtung 12 entspricht grundsätzlich dem Speicher 11, jedoch mit der Ausnahme, daß der Hilfssteuerkennlinienteil 126o eine Kapazität von 32 Bit-16 Bit besitzt und daher ein Korrektursignal auslesen wird, daß aus 4 Bit (anstelle von 5 Bit) besteht In der Schaltung bedeuten die Bezugszeichen 126i einen Datenwähler, 12k einen Zähler, 126j ein NAND-Glied, 126« einen Inverter und Hb₅ sowie 12O₆ NOR-Glieder.

Alle diejenigen Systeme, die zum Auslesen verschiedener anderer Kombinationswerte dienen, jedoch in der ω Figur nicht dargestellt sind, besitzen einen gleichartigen Aufbau wie das System zum Auslesen der vorerwähnten Korrekturvariablen und zu deren Einschreiben in den Zwischenspeicherschaltkreis 176. Es sei darauf hingewiesen, daß das Wählsignal von der Drehzahlwählschaltung 5 zum Auslesen der Drehzahlkompensation verwendet wird Ein elektrisches Schaltbild dieser Drehzahlwählschaltung 5 ist in Fig.4 dargestellt Das Rotationssignal wird gemäß Fig.4 von einem Kontakt im Verteiler 6 abgeleitet. Die maximalen und minimalen Drehzahlen werden von den analogen Drehzahldiskriminatorschaltungen 5a und 5b festgestellt. Die Diskriminator.'.ignale vom Ausgang der Diskriminatorschaltung 5a und 5b werden auf NAND-Glieder 5c und 5c/ gegeben, so daß am Ausgang des NAND-Glieds 5t/ein Wählsignal erzeugt wird, das anzeigt, daß die Maschinendrehzahl im Bereich zwischen dem vorerwähnten Maximum und Minimum liegt. Wenn ein derartiges Wählsignal erzeugt wird, kann das Rückstellsignal für den Zähler im Speicher 13 für die Drehzahlkompensation, das vom Anschluß 23D zugeführt wird, an einem Ausgangsanschluß 5e erscheinen. Dieses Ausgangs-Rückstellsignal stellt den Zähler in der Speicherschaltung 13 zurück, so daß der Drehzahlkompensationswert ausgelassen wird.

Zur Summe aus diesem Drehzahlkompensationswert, dem Beschleunigungsdifferentialkompensationswert und dem Spannungsschwankungskompensationswert wird im Addierer 18b das Korrektursignal vom Ausgang des Zwischenspeicherschaltkreises \7b hinzugefügt. Im Addierer 18a wird der addierte Wert weiterhin dem Hauptsteuersignal vom Zwischenspeicherschaltkreis 17a hinzugefügt, so daß man die aus 10 Bit bestehende digitale Gesamtsumme 184 am Ausgang erhält. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind alle Addierer 18a bis 18(/ (vgl. Fig. Ib) durch Kombination von Addierern 18ai bis 18aj, I861 bis !863 etc., handelsüblicher Bauart so ausgebildet, daß sie eine Kapazität von 10 Bit besitzen.

Die elektrische Schaltung des Pulsbreiten-Modulators 19 zum Umwandeln des der Gesamtsumme entsprechenden 10 Bit-Signals 18/4 in ein Zeitintervall bzw. eine Impulsbreite, sowie die Schaltungen der Treiberschaltung 21 und des elektromagnetischen Einspritzers 22 sind in Fig.5 gezeigt. Darin ist der Verteiler 6 in Form von Schalterkontakten dargestellt. Der Modulator 19a umfaßt eine Kombination digitaler Komparatoren 19ai, 19a? und 19aj handelsüblicher Bauart, so daß eine Kapazität von 10 Bit erreicht wird, sowie Zähler 19a*, 19a₅ und 19a« handelsüblicher Bauart sowie eine Einspritzimpuls-Triggerschaltung 19a7. Die Einspritzimpuls-Triggerschaltung 19a7 enthält eine Formschaltung für das Rotationssignal vom Verteiler 6, die mit einer Versorgungsspannung von 5 Volt aus der Stromversorgungsschaltung 196 arbeitet. Diese Einspritzimpulse werden durch einen Verstärker 21a in der Treiberschaltung 2a verstärkt, so daß ein elektrischer Strom durch das elektromagnetische Ventil 22a über einen Stromquellenanschluß Vc fließen kann, der das elektromagnetische Ventil 22a öffnet und bewirkt, daß während der Dauer dieses Einspritzimpulse Brennstoff eingespritzt wird. Die Impulsbreite des Einspritzimpulses wird durch das Verhältnis zwischen dem der Gesamtsumme entsprechenden Digitalsignal 18/4 und der Frequenz der Pulsbreitenmodulatortaktimpulse, die am Anschluß 20a anliegen, bestimmt Die Komparatoren 19ai bis IiJa₃ vergleichen nämlich das an einem ihrer Anschlüsse anliegende Signal 18/4 mit den Zählerständen des Zählers 19a» bis 19ae, welche die Pulsbreitenmodulatortaktimpulse zählen. Die Impulsbreite wird durch diejenige Zeit bestimmt, die von dem Augenblick an vergeht, zu dem diese Zähler 19a» bis Wa₆ zu zählen beginnen, und zwar synchron mit dem Rotationssignal vom Verteiler 6, bis zu dem Augenblick, in dem der gezählte Wert gleich dem Betrag des der Gesamtsumme entsprechenden Signals 18/4 ist

Fig.6 zeigt die Temperaturkompensations-Steuerschaltung 20 zur Steuerung der Frequenz der Pulsbreitenmodulationstaktimpulse. die einen Faktor zum Festlegen der Impulsbreite darstellt. In Fig.6 sind die EingangsanschlUsse 20d mit dem Ausgangssignal des Zwischenspeicherschaltkreises 17/" der Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 beaufschlagt. Die Steuerschaltung 20 verändert die Frequenz der Standardimpulse 23A entsprechend diesem Signal und erzeugt die Pulsbreitenmodulationstaktimpulse für die Temperaturkompensation an einem Alisgangsanschluß 20a. In der Figur bezeichnet 206 einen Zähler, 20ci bis 2Oc5 Exklusiv-ODER-Glieder, 20</i bis 2Od₅ Inverter, 2Oe ein NAND-Glied, 20/1 und 106 NAND-Glieder, die ein Flipflop bilden, und 20^·sowie 20Λ Inverter.

Fig. 7 zeigt das Schaltbild der Synchronisierungsschaitung 23, die verschiedene Standardsignale für die Fühlersignal-Zwischenspeicherschaltung 8, die Einspritz-Zwischenspeicherschaltung 17, die Speicherschaltung 10 und die Temperaturkompensations-Steuerschaltung 20 erzeugt. In Fig. 7 ist mit 23a ein Quarzoszillator bezeichnet, der mit einer konstanten Frequenz schwingt. 23b ist ein Zähler, und 236 stellt eine Verknüpfungsschaltung dar. An den Ausgangsanschlüssen 23/4, 23ß, 23C, 23D und 23£ erscheinen jeweils Standardtaktimpulse, ein Einspritz-Einschreibsignal, ein Fühler-Einschreibsignal, ein Rückstellsignal und ein Speicherauslesesignal. Die Standardtaktimpulse werden an die Speicherschaltung 10 und die Temperaturkompensations-Steuerschaltung 20 angelegt. Das Einspritz-Einschreibsignal wird in die Einspritz-Zwischenspeicherschaltung 17 zur Steuerung des Einschreibvorgangs eingegeben. Das Fühler-Einschreibsignal wird an die Fühler-Zwischenspeicherschaltung 8 zur Steuerung des Einschreibvorgangs angelegt. Das Rückstell- und das Speicherauslesesignal werden zur Steuerung des Auslesevorgangs an die Speicherschaltung 10 gegeben.

Die Zeitdiagramme der verschiedenen, von der Synchronisierschaltung 23 erzeugten Signale sind in F i g. 8 zusammengestellt. Die Betriebsweise des gesamten Systems wird unter Bezugnahme auf dieses Zeitdiagramm näher erläutert:

Das Signal 23A> ist ein 400-kHz-Signal vom Oszillator 23a, das die Standardtaktimpulse des vorliegenden Systems darstellt. Die Signale 2341 bis 23A> sind frequenzgeteilte Signale. Das Einspritz-Einschreibsignal 23Bo wird von einer Schaltung erzeugt, die aus dem Zähler 236 und einem vier Eingänge aufweisenden NAND-Glied in der Verknüpfungsschaltung 23c besteht. Dieses Signal wird an die Takteingänge der Zwischenspeicherschaltkreise 17a und 176 angelegt. Wenn das Taktsignal von »0« auf »1« wechselt, werden die Daten an der Eingangsseite dieser Zwischen speicherschaltkreise 17a und 176 auf die Ausgangsseite übertragen, jedoch in Flipflops gespeichert, selbst wenn das Taktsignal von »1« auf »0« wechselt Auf diese Weise werden die digitalen Daten durch die Taktimpulse geprüft und auf der Ausgangsseite bis zum nächsten Taktimpuls gespeichert Das aus 5 Bit bestehende Hauptsteuersignal wird aus dem Speicher 11 ausgelesen, synchron in den Zwischenspeicherschaltkreis 17a eingeschrieben und infolge des Taktsignals zum Addierer 18a gesandt Entsprechend liegt das Fühler-Einschreibsignal 23C an den Takteingängen der Zwischenspeicherschaltkreise 8a und 8b, die ihrerseits entsprechend wie die Zwischenspeicherschaltkreise 17a und 176 wirkea Diese Fühler- und Enspritz-Einschreibsignale 23Cb und 23£b werden außerdem an alle anderen /wischenspeicherschaltkreise der Zwischenspeicherschaltungen 8 h'd 17 gegeben, die an die Eingangs- und Ausgangsseiten der Speicherschaltung 10 angeschlossen sind, so wie dies für die Zwischenspeicherschaltkreise 8a, 86 und 17a, {76 beschrieben wurde. Das Speicherauslesesignal 23ZDb liest die Daten in der Diodenmatrix mit den Signalen 23Ao und 23£ö aus und gibt sie an den Zwischenspeicherschaltkreis 17a.

Die Datenauswahl wird nunmehr im einzelnen erläutert. Das Analogsignal vom Fühler la, d.h. das Haupt-Unterdruck-Signal wird im A-D-Umsetzer 4 in ein Digitalsignal umgewandelt und mittels des Dekoders 9a zur Bestimmung des Werts der aus 32 Bit oder Stufen bestehenden Abszisse der Steuerkennlinie zu einem Signal auf einem von 32 Kanälen gemacht. Dabei ist die Steuerkennlinie so ausgebildet, daß wenigstens I Punkt in Ordinatenrichtung eingeschaltet wird. Das binäre 5 Bit-Digitalsignal von den Zählern llaj und Hat und das dezimale Digitalsignal von den Daten in 32 Kanälen werden in Datenwählern Hai und 11a2 verglichen. Wenn die beiden Signale miteinander übereinstimmen, wird ein »!«-Ausgangssignal an das NAND-Giied Hab und damit ein Signal an einen Eingang des NOR-Glieds Wai, welches mit dem anderen NOR-Glied Ha₈ ein Flipflop bildet, gegeben. Das Speicherauslesesignal 23D wird nicht nur den Zählern Hai und 1 Ia^, sondern auch einem Eingang des NOR-Glieds 11 ag zugeführt und weist normalerweise den binären Wert »0« auf. Wenn von den 32 Kanälen ein beliebiger Dateneingang ausgewählt wird, nimmt der Ausgang des von den NOR-Gliedern Mai und Hau gebildeten Flipflops den Wert »0« an. Dann wird kein Ausgangssignal vom 3-Eingangs-Nand-Glied 1 lai, d. h. kein Taktsignal an die Zähler llaj und 1Ia₄ gegeben und das an den Zählern anstehende Ausgangssignal gehalten. Die Rückstellung des Flipflops erfolgt, wenn das Speicherauslesesignal den Wert »1« annimmt. Die Dauer des »1«-Pegels im Impulssignal 23£ von 160 Millisekunden beträgt 80 Millisekunden, was den 32 Taktimpulsen des Standardtaktsignals 23/4 entspricht; infolgedessen können die Daten in den 32 Kanälen ausgelesen werden. Als Ergebnis hiervon wird der Dezimalwert einer Stelle der Steuerkennlinie bzw. des Festwertspeichers llao durch ein 5 Bit Binärsigna! repräsentiert, das an den Zwischenspeicherschaltkreis 17a abgegeben und durch die Datenwähler Hai und Ila2 eingeschrieben wird. Die Rückstellung der Zähler Ua3 und Hat erfolgt durch einen »1«-Pegel des Rückstellsignals 23D. Mit dem Wechsel des Einspritz-Einschreibsignals 23fl vom Wert

so »0« zum Wert »1« werden die Daten im Zwischenspeicherschaltkreis 17a von der Eingangs- zur Ausgangsseite übertragen. Das Auslesen der Kompensationsrichtung 12 erfolgt in gleicher Weise; die Daten in einem der 16 Kanäle werden ausgewählt in ein Digitalsignal umgewandelt und an den Zwischenspeicherschaltkreis 176 gegeben.

Eine weitere Erläuterung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die charakteristischen Diagramme und Kurven gegeben, die in den F i g. 9 und 10 gezeigt sind.

Wenn die Druckänderung in der Ansaugverteilerleitung von 140 bzw. 160 bis 760 mmHg, wie von der Abszisse der in F i g. 3 gezeigten Steuerkennlinie repräsentiert, in 32 Teile unterteilt wird, beträgt die Genauigkeit etwa 20 mmHg pro Teilung. In entsprechender Weise wird

die Änderung der Stromflußdauer im Bereich von 18 Mikrosekunden bis 10,510 Millisekunden, repräsentiert durch die Ordinate, in 32 Teile unterteilt so daß die Genauigkeit ungefähr 332 Mikrosekunden pro Teilung

beträgt. In diesem Fall ist die in den in F i g. 3 gezeigten Festwertspeicher llao eingegebene Stcuerkennlinie derart, wif sie durch die gestrichelte Linie 25 in Fig. 9 dargestellt ist. In Fig. 9 repräsentiert die Abszisse den Druck P innerhalb der Ansaugleitung, während die Ordinate die Stromflußdauer und P₀ den Leerlaufbereich darstellen. Wenn eine Maschine nach dieser Steuerkennlinie betrieben wird, weist der prozentuale Anteil von CO im Auspuffgas Änderungen auf, wie sie in Fig. 10b gezeigt sind. Dies rührt daher, daß die Genauigkeit: der digitalen Annäherung 20 mmHg pro Teilung in Abszissenrichtung und 32 Mikrosekunden pro Teilung in Abszissenrichtung und 32 Mikrosekunden pro Teilung in Ordinatenrichtung ist. In Fig. 10 repräsentiert die Abszisse jeweils die Geschwindigkeit der Aufzeichnungskarte eines Detektors oder Meßgeräts, während die Ordinate den CO-Prozentgehalt wiedergibt. In diesem System ist die Schwankung des CO-Prozentgehalts größer als diejenige eines analogen Brennstoffeinspritzsystems. Um die Schwankungen des CO-Prozent<?ehaltes zu verringern, wird die Brennstoffeinspritzzeit im Leerlaufbereich P₀ auf einen konstanten Standardwert ro im Festwertspeicher Ha₀ bzw. in der Steuerkennlinie festgesetzt und außerdem eine Hilfssteuerkennlinie im Hilfsprogrammteil bzw. im Hilfsfestwertspeicher 126t>, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, vorgesehen, die eine Dehnung des Bereichs P₀ darstellt. Der Ausgangswert der Hilfssteuerkennlinie wird dem vorerwähnten Standartwert Tn hinzuaddiert. Wenn die Druckänderung in der Ansaugleitung von 250 bis ■*00mmHg, repräsentiert durch die Abszissenrichtung der Hilfssteuerkennlinie im Hilfsprogrammteil 12ön, in 32 Teile unterteilt wird, beträgt die Genauigkeit der digitalen Darstellung 5 mmHg pro Teilung und ist infolgedessen erheblich besser als die Genauigkeit von 20 mmHg pro Teilung der Steuerkennlinie im Festwert-

s speicher 1 jao. Entsprechend wird die Genauigkeit dann, wenn die Änderung der Stromflußdauer ii. Crdinatenrichtung von 18 Mikrosekunden bis 2591 Mikrosekunden festgelegt wird, gleich 83 Mikrosekunden pro Teilung und ist damit gegenüber 332 Mikrosekunden

ίο pro Teilung der Steuerkennlinie im Festwertspeicher llao erheblich verbessert. Die Hilfssteuerkennlinie wird so eingestellt, daß die Einspritzzeit dem Wert am nächsten liegt, der durch Subtraktion der konstanten Einspritzzeit ro im Leerlaufbereich Po in der Steuerkennlinie von der für die Maschine erforderlichen Unterdruck-Einspritzzeit-Kennlinie erhalten wird. Wenn die Steuerkennlinie und die Hilfssteuerkennlinie in der obigen Weise festgelegt werden, erhält man ein Ergebnis, wie es durch die ausgezogene Linie 26 in Fig. 9 dargestellt ist. Verglichen mit der gestrichelten Linie 25 besitzt die ausgezogene Linie 26 eine höhere Genauigkeit nur in dem Leerlaufbereich Po. Das hat zur Folge, daß der CO-Prozentgehalt im Auspuffgas den Verlauf annimmt, wie er in F i g. 10a gezeigt ist, d. h. dt.r

?> CO-Prozentgehalt ist verglichen mit demjenigen von Fig. 10b viel stabiler. Die Genauigkeit dieses digitalen Steuerungssystems ist mit derjenigen einer analogen Brennstoffeinspritzsteuerung vergleichbar.

Obgleich die Erfindung anhand einer Brennstoffein-

Ki spritzsteuerung beschrieben wurde, kann sie auch auf andere Systeme beispielsweise die Temperatursteuerung, in einem Ofen, angewandt werden.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Digitales elektronisches Steuersystem, bei dem mittels eines ein digitales Ausgangssignal liefernden Fühlers wenigstens eine dem Betriebszustand der Steuerstrecke entsprechende Größe erfaßbar ist, bei dem in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Fühlers entsprechend einer digital vorgegebenen Steuerkennlinie ein Hauptsteuersignal erzeugbar ist und bei dem ferner ein die Genauigkeit der Steuerung erhöhendes Korrektursignal vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (la, 2, 4) mit einer, eine vorgegebene Hilfssteuerkennlinie besitzenden Kompensationseinrichtung (12) verbunden ist, daß die Hilfssteuer- kennlinie einem Teilbereich der Steuerkennlinie (Speicher 11) mit einer feineren Teilung entspricht, daß das Ausgangssignal der Kompensationseinrichtung (12) das Korrektursignal darstellt und daß eine Additionseinrichtung (18) vorgesehen ist, die das Korrektitrsignal dem Hauptsteuersignal zur Bildung der Stellgröße überlagert.

2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkennlinie und die Hilfssteuerkennlinie durch lineare Annäherung für jeden Schritt des digitalen Ausgangssignals gebildet sind.

3. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkennlinie und die Hilfssteuerkennlinie durch schrittweise Annäherung mit jedem Schritt des digitalen Ausgangssignals gebildet sind.

4. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke eine Brennkraftmaschine ist.

5. Steuerungssystem nach . nspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke das Brennstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine ist.

6. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke ein Ofen ist.