DE2413477C3 - Digitales elektronisches Steuersystem - Google Patents

Description

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 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.

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 AusganEsleituiiKen 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 entsprechenden 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 Betriebsparameter 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 Steuerkennlinie 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

nii entsprechend der Steuerkennlinie aus einem Speicher ausgelesen wird, ein Brennstoffeinspritz-Korrektursignal im Leerlaufzusland entsprechend einer Hilfssteuerkennlinie aus einem Hilfsspeicher ausgelesen wird und die Brennstoffeinspritzung entsprechend der ausgelese-

""> nen Brennstoffeinspritzdauer und dem Brennstoffeinspritz-K.orrektursignal 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 Ausführj.ngsbeispiels des erfindungsgemäßen digitalen elektronischen Steuersystems,

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

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

F i g. 4 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Drehzahlwählschaltung,

F i g. 5 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Schaltungsteiies vom Pulsbreiten-Modulator bis zum elektromagnetischen Einspritzer,

F i g. 6 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Temperaturkompensations-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 Fig. la 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 ein diesem entsprechende"; Spannungssignal. Ein Beschleunigungsfühler \b 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 \d 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 la, IZ), Ic und Id 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 2A\ des negativen Drucks beim Leerlauf für die Kompensationseinrichtung mit der Hilfssteuerkennlinie. In entsprechender Weise ergeben sich am Ausgang der Verstärkungseinstelleinrichtung 2 das Beschleunigungs-Signal 2B, das Spannungs- bzw. Stromquellenschwankungs-Signal 2C und das Maschinentemperatur-Signal 2D. Ein Multiplexer 3 wählt die Ausgangssignale 2A_U 2A₂, 2B, 2C und 2D der Verstärkungseinstelleinrichtung 2 aus und führt sie dor nächstfolgenden Stufe zu. Ein Analog-Digital-Umsetzer 4 (nachstehend kurz als A-D-Umsetzer bezeichnet) setzt die Analogsignale des Multiplexers 3 in Digitalsignale um. Eine Drehzahlwählschaltung 5 erzeugt ein auf einen gewünschten Drehzahlbereich beschränktes WähisignaL Ein Verteiler 6 erzeugt ein Rotationssignal synchron mit der Umdrehung der Maschine und führt dieses der Drehzahlwählschaltung 5 zu. Ein digitaies Schaltwerk 7 wird synchron mit dem Multiplexer 3 geschaltet und führt das digitale Eingangssignal mit jedem Schritt einem bestimmten der fünf Ausgangsanschlüsse zu. Eine Zwischenspeicherschaltung 8 für die ermittelten Werte umfaßt 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, 9d, 9eund9£

Eine Speicherschaltung 10 enthält verschiedene Steuerkennlinien, die vorher eingestellt worden sind. In einem Speicher 11 dieser Speicherschaltung ist 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 Kompensationseiniichtung 12 ist als Hilfsspeicher ausgeführt und speichert die Hilfssteuerkennlinie mit 32 Bit- bzw. Stufen im Eingang und 16 Bit b--.-\ 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 Hiifsspeichers 12 ist ein * Bit-Digitalsignal, das das Korrektursignal darstellt. Ein Speicher 13 speiche« eine Drehzahlsteuerkennlinie mit 32 Bit Eingang urd 16 Bit Ausgang für die Drehzahlkompensation und gibt ein aus 4 Bit bestehendes Digitalsignal ab. Eine Speicherschaltung 14 speichert eine Steuerkennlinie mit 32 Bit Eingang und 16 Bit Ausgang für die Beschleunigungsdifferentialkompensation und gibt ein 4 Bit-Digitalsignal ab. Ein Speicher 15 speichert eine Spannungskompensationssteuerkennlinie mit 32 Bit Eingang und 16 Bit Ausgang für die Spannungskompensation und gibt ein 4 Bit-Digitalsignal ab. Eine Speicherschaltung 16 speichert eine Temperaturkompensationssteuerkennlinie mit 32 Bit Eingang und 16 Bit Ausgang für die Temperaturkompensation und gibt ein 5 Bit-Digitalsignal ab.

Eine Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 enthält Zwischenspeicherschaltkreise 17a, Hb, 17c, Hd, 17eund \7f, die den Zwischenspeicherschaltkreisen 8a bis 8/der Zwischenspeicherschaltung 8 gleichen. Eine Additionseinrichtung 18 umfaßt Addierer 18a, iSb, 18c und 18d Ein Pulsbreiten-Modulator wandelt die Gesamtsumme vom Ausgang des Addierers 18a in ein Zeitintervall bzw. eine Impulsbreite um und enthält Modulatoren 19a, 19£>,

ι" 19c und 19c/ für die jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine, die aufeinanderfolgend synchron mit dem Drehzahlsignal vom Verteiler 6 eint¹ Umwandlung durchführen und Einspritzimpulse er^eiigcn. Eine Temperaturkompensations-Steuerschaltung 20 verändert entsprechend dem 5 Bii-Signal vom Zwischenspcicherschaltkreis 17/ in der Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 die Frequenz eines Puisbreitenmodulationstaktimpulses für die Pulsbreiten-Modulations-

schaltung 19, um damit eine Temperaturkompensation zu erzielen. Eine Treiberschaltung 21 besitzt Leistungsverstärker 21a 216, 21r und 2\d zur Verstärkung der Einspritzimpulse vo.i den Wandlern 19a bis I9d. Ein elektromagnetischer Einsjjritzer 22 besitzt elektroma- <; gr.ciiiche Ventile 22 besitzt elektromagnetische Ventile 22a, 22b, 22cund 22d, die in den jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine vorgesehen sind und in Abhängigkeit von den Signalen geöffnet werden, die von den Leistungsverstärkern 21a bis 2idzugeführt werden. Die Veniiiöffnungszeit bestimmt die Brennstoffeinspritzmenge. Eine Synchronisierungsschaltung 23 synchronisiert die Zwischenspeicherschaltungen 8 und 17 durch Taktimpulse, um die Einschreibsteuerung zu starten und die ermittelten Werte und iiinspritzvariab'en z« h speichern; die Synchronisierungsschaltung 23 synchronisiert auch die Speicherschaltung, um das Auslesen zu speichern und sie liefert schließlich die Standardtaktimpulse zur Temperaturkompensationssteuerschaltung 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 la 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 8f> 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 17£> 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. 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 2A₂ 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 aus dem Speicher 13 ausgelesen und in den Zwischenspeicherschaltkreis 17c der Einspritzzwischenspeicherschaltung 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 2ß 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 17</ in der Einspritzzwischen- n· speicherschaltung 17 eingeschrieben. Entsprechend werden ein Spannungskompensationssignal bestehend aus 4 Bit und ein Temperaturkompensationssignal bestehend an* 5 Bi! aus dem Speicner 15 b/w dem Speicher 16 ausgelesen μπΗ in die Zwischcnapeich·.¹! schaltkreise 17c bzw. 17/ in der Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 eingeschrieben. Eine entsprechende Verarbeitung geschieht mn dem StromqucHenschwaukungssignul 2Cb/.w.dcm Maschinentemperatursignal 2D. Nai'i den obigen Einschreiboperationen in die LIr, ,piitzzwischenspeicherschaltung 17 werden die Werte, die in die fünf Zwischenspeicherschaltkreise 17a bis XTe eingeschrieben worden sind, in den vier Addierern 18a bis 18d 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 19u 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 Einspritzimpulse werden durch die jeweiligen Leistungsverstärker 21a bis 21 d verstärkt und öffnen nacheinander die jeweiligen elektromagnetischen Ventile 22a bis 22d, um Brennstoff in die jeweiligen Zylinder einzuspritzen.

Im folgenden werden nähere Einzelheiten des Steuersystems 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 id, und der Verstärkungseinstelleinrichtung 2, sowie den Multiplexer 3, den AD-Umsetzer 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 Xb 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 wird dann in den Verstärker 2b 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 ldi 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 ID erzeugt wird-

Der Multiplexer 3, der diese feinermittelten analogen Signale 2A\, 2A₂,2B, 2Cund 2Dnacheinander auswählt

kann ein 8-Kanal-ArialogmuliipU'xei" sein. L'cr A-D-Umsetze- 4, der das a..'"'-wäh!ir Analog.gnal in ein !V.pitalsigna! umwandelt, benützt eine bekannte 5 Bit-Sch-iliiiiig Das Digitalsigna! \om A D-Umset/τ 4 wild in das digitale Schaltwerk 7 "'" ;^regeben, das mit der Auswähloperation des Multiplexers 3 synchronisiert iit und an seinen jeweiligen Ausgangsanschlussen 5 Bit-D.gital'-it-n·>!.. 74|, 7A₂, TB, 7Cund ⁷Dentsprechend den erzeugten Signalen 2A\_%1Ai,2ß, 2Oind 2ßerzeugt. Der! laupueil der beiden Reihen von Schaltungen der Fühlcr-Zwischenspeicherschaltung 8, der Dekodierscha'tung 9, der Speicherschaltung 10, der Einspritz-Zwischenspeicherschaltung 17 und der Addierschaltung 18, in welche die Digitalsignale TA_U TA₁, TB, 7Cund Id

u/prHpn ict in F ι r 1 ιτί»7**ΐ€τί

Der Zwischenspeicherschaltkreis 8a, der Zwischenspeicherschaltung 8 in den Fig. 3a und 3b, in welchen das 5 Bit-Digitalsignal 7-4i synchron mit einem Einschreibsignal am Anschluß 23Ceingeschrieben wird, kann aus einer entsprechenden handelsüblichen Schaltung bestehen. Das Ausgangssignal dieses Zwischenspeicherschaltkreises 8a wird im Dekoder 9a der Dekodierschaltung 9 in ein 32 Bit-Signal zum Auslesen der Steuergröße umgewandelt. Die anderen Zwischenspeicherschaltkreise Sb bis 8/" 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 Hauptsieuerkennlinienteil llao eine Diodenmatrix mit einer Kapazität von 32 Bit-32 Bit, die ein Festwertspeicher sein kann und die Steuerkennlinie enthält. Ein die Einspritzvariable darstellendes Einspritzsignal bestehend aus 32 Bit wird entsprechend dem Haupt-Unterdruck-Signal 2Λ2 mittels des 32 Bit-Signals vom Dekoder 9a aus dem Festwertspeicher Ha₀ ausgelesen, Mit Hai und 11ß2 sind handelsübliche Datenwähler bezeichnet, während tljj und llas handelsübliche Zähler sind. Mit lla-, und llao sind NAND-Glieder und mit 11a? und llas NOR-Glieder, die ein Flipflop bilden, bezeichnet. Im Speicher 11 des beschriebenen Aufbaus wird ein aus der Hauplileuerkennlinie bzw. aus dem Festwertspeicher llao ausgelesener Dezimalwert in einen Binärcode umgewandelt, damit sich en aus 5 Bit bestehendes Hauptsignal ergibt. Dieses Hauptsignal wird in den Zwischenspeicherschaltkreis 17a der Einspritzzwischenspeicherschaltung 17 eingeschrieben. In entsprechender Weise wird aus der Kompensationseinrichtung ein Korrektursignal, das dem Digitalsignal 7A2 im Leerlaufzustand entspricht, in den Zwischenspeicherschaltkreis 176 eingeschrieben. Die Kompensationseinrichtung 12 entspricht grundsätzlich dem Speicher 11, jedoch mit der Ausnahme, daß der Hilfssteuerkennlinienteil Mb₀ eine Kapazität von 32 Bit-16 Bit besitzt und daher ein Korrektursigna! auslesen wird, daß aus 4 Bit (anstelle von 5 Bit) besteht. In der Schaltung bedeuten die Bezugszeichen i2bi einen Datenwähler, 12fc einen Zähler, 12O₃ ein NAND-Glied, I264 einen Inverter und I265 sowie 126b NOR-Glieder.

Alle diejenigen Systeme, die zum Auslesen verschiedener anderer Kombinationswerte dienen, jedoch in der 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 F i g. 4 dargestellt Das Küiationssignal wird gemäß F i g. 4 von einem Kontakt im Verteiler 6 abgeleitet. Die maximalen und minimalen Drehzahlen werden von den analogen Drehzahldiskriminatorschaltungen 5a und 5b festgestellt. Die Diskriminatorsignale vom Ausgai.^ der Diskriminatorschaltung 5a und 5b werden auf NAND-Glieder 5c und 5d gegeben, so daß am Ausgang des NAND-Glieds 5d ein Wählsignal erzeugt wirr! das anzeigt, daß die Maschinendrehzahl im Bereich zwischen dem vorerwähnten Maximum und Minimum liegi. Wenn ein derartiges Wahlsignal 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-Rücksleüsigna! 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 186das Korrektursignal vom Ausgang des Zwischenspeicherschaltkreises 17ύ hinzugefügt. Im Addierer 18a wird der addierte Wert weiterhin dem Hauptsteuersignal vom Zwischenspeicherschaltkreis

2^r> 17a hinzugefügt, so daß man die aus 10 Bit bestehende digitale Gesamtsumme 184 am Ausgang erhält. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind alle Addierer 18a bis Md (vgl. Fig. Ib) durch Kombination von Addierern 18ai bis 18a3, Mb^ bis I863 etc., handelsübli-

M) eher 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 184 in ein Zeitintervall

i" bzw. eine Impulsbreite, sowie die Schaltungen der Treiberschaltung 21 und des elektromagnetischen Einspritzers 22 sind in F i g. 5 gezeigt. Darin ist der Verteiler 6 in Form von Schalterkontakten dargestellt. Der Modulator 19a umfaßt eine Kombination digitaler

-mi Komparatoren 19ai, 19a2 und 19a3 handelsüblicher Bauart, so daß eine Kapazität von 10 Bit erreicht wird, sowie Zähler I9a4,19a₅ und 19a_b handelsüblicher Bauart sowie eine Einspritzimpuls-Triggerschaltung 19a7. Die Einspritzimpuls-Triggerschaltung 19^7 enthält eine

■4) 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 V_c 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 MA und der Frequenz der Pulsbreitenmodulatortaktimpulse, die am Anschluß 20a anliegen, bestimmt Die Komparatoren 19ai bis 19a3 vergleichen nämlich das an einem ihrer Anschlüsse anliegende Signal MA 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 19a4 bis 19a« 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 MA ist

Fig. 6 zeigt die Temperaturkumpensations-Steuerschaltung 20 zur Steuerung der Frequenz der PulsbreitenmodulationstaktimpuNc die einen Faktor zum Festlegen der Impulsbreite darstellt. In Fig. 6 sind die Eingangsanschlüsse 20ß mit dem Ausgangssignal des Zwischenspeicherschaltkreises \7f der liinspritzzwischenspeicherschaltung 17 beaufschlagt. Die Steuerschaltung 20 verändert die Frequenz der Standardimpulse 23-4 entsprechend diesem Signa! und erzeugt die Pulsbreitenmodulationstaktimpulse für die Temperaturkompensation an einem Ausgangsanschluß 20a. in der Figur bezeichnet 206 einen Zähler, 20ci bis 20cs Exklusiv-ODER-Glieder, 20</, bis 2Od₅ Inverter, 20e ein NAND-Glied, 20/", und 10/i NAND-Güedcr, d.e ein Flipflop bilden, und 20gsowie 20h Inverter.

F i g. 7 zeigt das Schaltbild der Synchronisierungsschaltung 23, die verschiedene Standardsignale für die Fühlersignal-Zwischenspeicherschaltung 8, die Einspritz-Zwischenspeicherschaltung 17, die Speicherschaltung 10 und die Temperaturkompensations-Steuerschaltung 20 erzeugt. In F i g. 7 ist mit 23a ein Quarzoszillator bezeichnet, der mit einer konstanten Frequenz schwingt. 23b ist ein Zähler, und 23Zj stellt eine Verknüpfungsschaltung dar. An den Ausgangsanschlüssen 23/4, 23ß, 23C, 23D und 23E erscheinen jeweils Standardtaktimpulse, ein Einspritz-Einschreibsignal, ein Fühler-iiinschreibsignal, 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 23Ao ist ein 400-kHz-Signal vom Oszillator 23a, das die Standardtaktimpulse des vorliegenden Systems darstellt. Die Signale 23-4, bis 23A₆ sind frequenzgeteilte Signale. Das Einspritz-Einschreibsignal 23So wird von einer Schaltung erzeugt, die aus dem Zähler 23Z> 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 Zwischenspeicherschaltkreise 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 Zivischenspeicherschaitkreis 17a eingeschrieben und infolge des Taktsignals zum Addierer 18a gesandt Entsprechend liegt das Fühler-Einschreibsignal 23C an den Takteingängen der Zwischenspeicherschaltkreise 8a und Sb, die ihrerseits entsprechend wie die Zwischenspeicherschaltkreise 17a und 176 wirken. Diese Fühler- und Einspritz-Einschreibsignale 23Gd und 23fib werden außerdem an alle anderen Zwischenspeicherschaltkreise der Zwischenspeicherschaltungcn 8 und 17 gegeben, die an die Eingangs- und Ausgangsseiten der Speicherschaltung 10 angeschlossen sind, so wie dies für die Zwischenspeicherschültkrei-ί se 8a, 8b und 17a, XIb beschrieben wurde. Das Speicherauslesesignal 23D₀ liest die Daten in der Diodenmatrix mit den Signalen 23Ao und 23E₀ aus und gibt sie an den Zwischenspeichcrichaltkreis 17a.

Die Datenauswahl wirci nunmehr im einzelnen

ίο erläutert. Das Analogsignal vom Fühler Xa. d.h. Jas 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 Steuerkcnnlinie zu einem

is Signal auf einem von 32 Kanälen gemacht. Dabei ist die Steuerkennlinie so ausgebildet, daß wenigstens 1 Punkt in Ordinatenrichtung eingeschaltet wird. Das binäre 5 Bit-Digitalsignal von den Zählern Iia3 und Wm und das dezimale Digitalsigna! von den Daten in 32 Kanälen werden in Datenwählern Hai und Ua2 verglichen. Wenn die beiden Signale miteinander übereinstimmen, wird ein »1 «-Ausgangssignal an das NAND-Glied 11% und damit ein Signal an einen Eingang des NOR-Glieds Ila7, welches mit dem anderen NOR-G'ied ttas ein Flipflop bildet, gegeben. Das Speicherauslesesignal 23£> wird nicht nur den Zählern 11 a3 und lla.», sondern auch einem Eingang des NOR-Glieds llag 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 lla? und llae gebildeten Flipflops den Wert »0« an. Dann wird kein Ausgangssignal vom 3-Eingangs-Nand-Glied 1 las, d. h. kein Taktsignal an die Zähler 11a3 und iia* 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 23A 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 Binärsignal repräsentiert, das an den Zwischenspeicherschaltkreis 17a abgegeben und durch die Datenwähler Hai und Ila2 eingeschrieben wird. Die Rückstellung der Zähler 1133 und 11 at, erfolgt durch einen »1«-Pegel des Rückstellsignals 23D. Mit dem Wechsel des Einspritz-Einschreibsignals 23Bvom Wert »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 Zwischenspeicherschahkreis 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

ti

betrSgt. In diesem Fall ist die in den in F i g j
Festwertspeicher Jlao eingegeben*· ^teuerkennlinie derart, wie sie durch die gestrichelte Linie 25 in F i g. 9 dargestellt ist. In Fig. 9 repräsentiert die Abszisse den Druck P innerhalb der 'v.i.uigleitung, während die Ordinate die Stromflußdauer u,d P_n r\rr. Leerlaufbereich darstellen. Wenn eine Maschine nach dieser Steuer kennlinie betriebe;, wird, weist der piuzcnlUHle Ameii von CO itr. Au:;puMy:iS Änrier'_;;;gP^r! au¹. '-. ':■- "ie ir Fig. lOb ge/cigf sind. Dies rührt daher, tidb die Genauigkeit der digitalen Annäherung 20 mmHg pro Teilung in Abszissenrichtüüg und 32 Mikrosekunaen pro Teilung in Abszissenrichlung und 32 fvükrosek_uii den pro Teilung in Ordiiiaicnrichtung ist. Ir· Fig. IO repräsentiert die Abszisse jeweils die Geschwindigkeit der Aufzeichnungskarte eines Detektors oder Meßgeräts, während die Ordinate den CO-Prozentgehalt wieder^'b!. !n ci-rscni System ist die Schwankung des CO-Prozentgehalts größer als diejenige eines analogen Brennstoffeinspritzsystems. Um die Schwankungen des CO-Prozentgehaltes zu verringern, wird eic Brennstoffeinspritzzeit im Leerlaufbereich Po auf einen konstanten Standardwert το im Festwertspeicher llao bzw. in der Steuerkennlinie festgesetzt und außerdem eine Hilfssteuerkennlinie im Hilfsprogrammteil bzw. im Hilfsfestwertspeicher 12Ae, wie er in F i g. 3 gezeigt ist, vorgesehen, die eine Dehnung des Bereichs Po darstellt. Der Ausgangswert der Hilfssteuerkennlinie wird dem vorerwähnten Standartwert το hinzuaddiert. Wenn die Druckänderung in der Ansaugleitung von 250 bis 400 mmHg, repräsentiert durch die Abszissenrichtung der Hilfssteuerkennlinie im Hilfsprogrammteil 12£>o, in

32 Teile unterteilt wird, beträgt die Genauigkeit ucr digitalen Darstellung 5 mmHg pro Teiiung und iü ipfolgedeL.cn erheblich besser als ujc Genauigkeit von Δν mm H j- πιο Teilung der S teuci kennlinie m. Fest w crtspeicher i lao- Entsprechend «'ird di" G· : ii"!:~'eii dann, weun die Änderung der Strom^r!aßdaaer i.i Ordinatenrichtung von 18 M^-.-^el^mden bis 2591 Mikrosekunu_-ü festgelegt wird, gleich 6s Mii.iosekunden pro Truimg und is; damit gegenüber 232. MArosekundeii

iu p;> Tvi'iii:^ der Sieueikennlini.,· i^i Festwerispeicher llao ei heblich verbessert. Die Hiitssteuerkennlinie wird so eingestellt, daß die Eins;:·! ii. <:.i Jem Wert am nächsten liegt, der durch Subtraktion der konstanten Einspritzzeit ro im Leerlaufbercich Po in der Steuer-

is kennlinie von der für die Maschine erforderlichen Unterdru'k-FJpspritzzeit-Kennlinie erhalten wird. Wenn die Steuerkenrilinie 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 de, 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. der 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-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 Hilfssteuerkennlinie 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 Korrektursignal 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 Anspruch 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.