DE2434742A1

DE2434742A1 - Verfahren und einrichtung zur regelung des betriebsverhaltens einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2434742A1
Application number: DE2434742A
Authority: DE
Inventors: Valerio Dr Ing Bianchi; Reinhard Dr Latsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1974-07-19
Publication date: 1976-02-05
Also published as: DE2434742C2; JPS599743B2; BR7504604A; JPS5134329A

Description

Ka/Ml

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmust erhilfs anmeldung

Robert Bosch GmbH, 7 Stuttgart 1

Verfahren und Einrichtung zur Regelung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des BetriebsVerhaltens einer Brennkraftmaschine in einem vorgegebenen Betriebsbereich₃ bei dem in Abhängigkeit von Streuungen der zyklischen Schwankungen des Brennraummitte ldruckes in drehzahlsynchronen Zeitintervallen das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder die Menge von rückgeführtem Abgas der Brennkraftmaschine verändert wird.

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Infolge verschärfter Abgas-Bestimmungen und aufgrund der allgemeinen Treibstoff-Knappheit wird nach Lösungen gesucht, bei denen Brennkraftmaschinen in einem Betriebsbereich betrieben werden können, in dem die schädlichen Anteile des Abgases auf ein Minimum reduziert werden können und/oder indem der verbrauchte Kraftstoff ein Minimum ist.

Um einer derartigen Forderung zu genügen, bietet es sich auf den ersten Blick an, die Brennkraftmaschine mit einem möglichst mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch zu betreiben, d.h. an der sogenannten mageren Laufgrenze der Brennkraftmaschine zu fahren. In diesem Betriebsbereich ist mit einem relativ schadstoffarmen Abgas und einem geringen Kraftstoffverbrauch zu rechnen. Als kennzeichnende Größe für die magere Laufgrenze bietet sich dabei zunächst die Schwankung des Druckverlaufs in den Zylindern einer Brennkraftmaschine an. Bei genauerer Betrachtung des geschilderten Problems stellt sich heraus, daß die einzelnen Druckverläufe von nicht kontrollierbaren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine bestimmt werden, beispielsweise von Luftzahl, Füllungs-, Turbulenzschwankungen.

Wird der Brennraumdruck über die Momentanwerte der Winkelgeschwindigkeit an der Kurbelwelle gemessen, treten weitere störende Einflüsse auf, beispielsweise durch die oszillierenden Massen des Kurbeltriebs, Unebenheiten der Fahrbahn des Kraftfahrzeuges oder durch irgendwelche Kräfte auf den Motorblock der Brennkraftmaschine.

Die beschriebenen Schwankungen, die dem normalen Druckverlauf in einem Zylinder der Brennkraftmaschine überlagert sind, und die sich in Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ausdrücken, könnten zwar mit Tiefpässen herausgefiltert werden, jedoch ist die Verwendung von derartigen Filtern äußerst problematisch, da die Brennkraftmaschine in einem weiten Drehzahlbereich

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betrieben werden soll. Dadurch ist es schwierig, bei niederen Drehzahlen (Frequenzen) und bei hohen Drehzahlen gleichermaßen geeignete Filter zu finden.

Ausgehend von diesen Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, mit dessen Hilfe die Regelung der Brennkraftmaschine in einem bestimmten Betriebsbereich möglich ist, ohne daß dabei die erwähnten Schwierigkeiten bzw. Nachteile auftreten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die ungleichförmig arbeitende Brennkraftmaschine mit einem gleichförmig umlaufenden System verglichen wird und daß Phasenänderungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in bezug auf das gleichförmig umlaufende System ermittelt werden und daß die Änderungen des Phasenwinkels als Regelgröße in einen Regelkreis zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bzw. der Abgasrückführungsrate eingegeben werden. Die Änderung des Phasenwinkels ist dabei ein Maß für die Schwankung des Mitteldruckes in den Arbeitsspielen des Motors.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit deren Hilfe die Regelung einfach und zuverlässig vorgenommen werden kann. Besonderes Augenmerk ist dabei darauf zu richten, daß die Regeleinrichtung auch im rauhen Betrieb eines Kraftfahrzeuges zuverlässig arbeitet und daß gegebenenfalls im Kraftfahrzeug bereits verhandene Meßwertgeber mitverWendet werden. Schließlich soll die Einrichtung kostensparend aufgebaut sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Ermittlung des Phasenwinkels zwischen der ungleichförmig umlaufenden Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und dem Vergleichssystem ein mechanisches Feder-Masse-System vorgesehen ist, das ein erstes mit der Kurbelwelle

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starr verbundene und Markierungen tragendes Teil und ein zweites über eine Torsionsfeder mit der Kurbelwelle verbundenes mit Markierungen versehenes Teil aufweist, wobei die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems im Vergleich zur Schwankungsfrequenz der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine niedrig ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den UnteranSprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, in dem Druckverläufe in einem Zylinder der Brennkraftmaschine über der Zeit aufgetragen sind.

Fig» 2 Änderungen der Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches,

Fig. 3 und 4 Ansichten eines Gebers zur Ermittelung eines Phasenwinkels zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und dem Vergleichssystem,

Fig. 5 das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von dem ermittelten Phasenwinkel,

Fig. 6 den Stromlaufplan der Einrichtung nach Fig. 5 und

Fig* 7 einen Impulsplan zur Erläuterung der Schaltanordnung nach Fig. 6.

Im folgenden sollen Einrichtungen und Verfahrensschritte beschrieben werden, mit denen eine Brennkraftmaschine wenigstens teilweise in ihrem an der mageren Laufgrenze

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gelegenen Betriebsbereich betrieben werden soll. Unter der sogenannten mageren Laufgrenze soll dabei ein Betriebsbereich verstanden werden, bei dem erste verschleppte Verbrennungen auftreten. Verbrennungsaussetzer treten erst bei 5 bis 10 % größeren Luftzahlen, d.h. bei deutlich magerem Gemisch auf. In einem Bereich einer so definierten Laufgrenze ist der Kraftstoffverbrauch im allgemeinen deutlich geringer als in einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, in dem ihr ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch (Luftzahl = 1) zugeführt wird. Die Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, welches der Brennkraftmaschine zugeführt wird, hat im allgemeinen einer Verminderung der Umsatzgeschwindigkeit des Gases im Brennraum zur Folge. Die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird vom Bereich der oberen Totpunktlage des Kolbens immer mehr in den Expansionshub des Kolbens verschoben. Die zyklischen Schwankungen des Verbrennungsablauf es und damit des Drehmomentes nehmen zu, so daß bei nahezu konstantem Lastmoment die üblicherweise relativ regelmäßigen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle zunehmend unregelmäßer werden.

In Fig. 1 ist der Druckverlauf in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine schematisch dargestellt. Der Druck wächst, erreicht ein Maximum und fällt danach steil ab. Dieser Druckverlauf ist durch starke Streuungen gekennzeichnet, die sich auf die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine

auswirken. Aus den Kurvenverläufen ist bereits zu erkennen, daß eine ständige Messung des jeweils herrschenden Brennraumdruckes zu keiner stabilen Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und damit des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine führen kann. Betrachtet man jedoch den Druckver-. lauf in einem Bereich zwischen Null und l80 Grad Kurbelwellendrehwinkel, also bei einem Arbeitsspiel eines Zylinders, und integriert die Augenblickswerte, dann ergibt sich ein Brennraummitteldruck, der ebenfalls mit der Zusammensetzung

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des Kraftstoff-Luft-Gemisches schwankt. Die Steuerungen der zyklischen Schwankungen dieses Brennraummitteldruckes in vorgegebenen ZeitIntervallen sollen ausgewertet werden und für eine Regelung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine ausgenützt werden. Am genauesten ist der Brennraummitteidruck in einer Brennkraftmaschine naturgemäß durch Druckfühler im Brennraum der Brennkraftmaschine zu ermitteln. Derartige Messungen sind jedoch äußerst aufwendig. Es ist deshalb einfacher, Drehmomentschwankungen an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu ermitteln. Noch einfacher lassen sich Änderungen der Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine bzw. LaufZeitänderungen zwischen bestimmten Winkelstellungen der Kurbelwelle ermitteln. In Fig. 2 ist zur Erläuterung des bisher geschilderten Sachverhaltes die normierte Änderung der Winkelgeschwindigkeit aufgetragen. Die erste Kurve gilt dabei für eine Luftzahl 1, (stöchiometrisches Gemisch), die zweite Kurve für eine Luftzahl 1»15 und die dritte Kurve für eine Luftzahl 1,25. Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß die Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle mit zunehmender Luftzahl, d.h. mit zunehmend magererem Gemisch größer werden.

Wird beispielsweise auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eine Marke starr aufgebracht und der Abstand dieser Marke auf der Kurbewelle zu einer zweiten Marke ermittelt, welche auf einem Vergleichssystem angebracht ist, so ergibt sich aus der Änderung der Winkelgeschwindigkeit, die aus Schwankungen des Mitteldruckes in den Brennräumen der Brennkraftmaschine resultiert, ein Winkel. Das Vergleichssystem ist dabei so aufgebaut, daß es mit der gleichen Grunddrehzahl der Kurbelwelle umläuft, jedoch die zyklischen Schwankungen, die aus Schwankungen des Brennraummitteldruckes resultieren nicht aufweist. D.h., daß der Winkel sich dadurch ergibt, daß die Marke auf der ungleichförmig umlaufenden Kurbelwelle mit einer entsprechenden Marke auf einen gleichförmig umlaufenden

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System verglichen wird, wobei beispielsweise nach jedem Arbeitsspiel infolge der zyklischen Schwankungen eine Phasendifferenz bzw. ein anderer Abstand bzw. ein anderer Winkel zwischen den Marken ermittelt werden kann.

In Fig. 3 ist ein mechanisches Feder-Masse-System dargestellt, mit dessen Hilfe es möglich ist, entsprechend den zyklischen Schwankungen der Kurbelwelle, welchen in Bezug zu einem Vergleichssystem gesetzt werden, ein Winkelsignal in entsprechender Form erhalten. Zu diesem Zweck ist eine erste Scheibe 10 vorgesehen, welche eine Marke 11 aufweist. Die erste Scheibe 10 ist starr mit der Kurbelwelle einer weiter nichtdargestellten Brennkraftmaschine verbunden. Der ersten Scheibe 10 gegenüber ist eine zweite Scheibe 12 angeordnet, die eine Marke 13 aufweist. Die beiden Scheiben 10 und 12 sind miteinander über eine Korussionsfeder 14 miteinander verbunden. Das so aufgebaute Feder-Masse-System hat eine im Vergleich zu der Schwan- · kungsfrequenz der Brennkraftmaschine niedrige Eigenfrequenz. Zweckmäßdgerweise ist auch eine Dämpfung zwischen den beiden Scheiben 10 und 12 vorgesehen.

In Fig. k ist das eben beschriebene Feder-Masse-System im Schnitt dargestellt. Es zeigt die Scheibe 10, welche mit der bei 15 angedeuteten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine starr verbunden ist. Gegenüber der Scheibe 10 ist die Scheibe 12 angeordnet, die die Markierung 13 aufweist. In der Schnittdarstellung sind die beiden Scheiben 10 und 12 so gegeneinander verdreht dargestellt, daß die Markierung 11 der Scheibe 10 gegenüber der Marke 13 zu liegen kommt. Die beiden Scheiten 12 und 10 sind über die Torsionsfeder I¹I miteinander verbunden.

In der Nähe des so aufgebauten Feder-Masse-Systems ist ein Induktivgeber,16 angeordnet, mit dessen Hilfe der Abstand, bzw. der Winkel zwischen den beiden Marken 13 und 11 der Scheiben.12 und 10 gemessen werden kann.

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Ist die Beschleunigung der Brennkraftmaschine gleich Null, dann ist der Winkel zwischen den beiden Marken 11 und 13 der Scheiben 10 und 12 konstant. Dieser Winkel ist infolge der niedrigen Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems auch bei einer Konstantbeschleungigung der Brennkraftmaschine konstant. Der Winkel ändert sich erst, wenn zyklische Schwankungen des Brennraumdruckes in der nichtdargestellten Brennkraftmaschine auftritt. Mit dem Induktivgeber 16 wird nun beispielsweise nach jedem Arbeitsspiel in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine die Zeit zwischen den Markierungen 11 und 13 gemessen. Wird diese Zeit mit an der Drehzahl in des gesamten Feder-Masse-Systems multipliziert, so erhält man einen Winkel. Die Umwandlung des Winkels in ein elektrisches Signal erfolg in einer m nachgeschalteten Winke1-Spannungswandler, der im folgenden noch beschrieben wird.

In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von der ermittelten Zeitdifferenz zwischen den Marken 11 und 13 bzw. in Abhängigkeit von den ermittelten Winkel dargestellt. Der induktive Geber 16 ist" über eine Impulsformerstufe 17 mit einer Steuerlogik 18 verbunden, welche Ausgangsklemmen 19» 20, 21, 22 und aufweist. An diese Ausgangsklemmen ist eine Auswerteschalteinrichtung 2*1 angeschlossen, die den erwähnten Winkel-Spannungswandler aufweist außerdem umfaßt die Auswerteschalteinrichtung einen Komperator, indem der Istwert mit einem Sollwert, welcher von einem Sollwertgeber 25 geliefert wird, verglichen wird. Das entsprechende Ausgangssignal der Auswerteschalteinrichtung 24 wird einem Stellglied zugeführt, das dazu dient, in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung oder einer anderen Kraftstoffaufbereitungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine einzugreifen um die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu beeinflussen. Das Ausgangssignal des Stellgliedes 25 kann aber auch dazu verwendet werden, die Abgasrückführungsrate einer Brennkraft-

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maschine dadurch zu beeinflussen, daß ein Ventil in einer Abgasrückführungsleitung auf- bzw. zugesteuert wird.

In Fig. 6 ist ein Stormlaufplan einer Einrichtung zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von der ermittelten Zeitdifferenz zwischen den beiden Marken 11 und 13 der Scheiben 10 und dargestellt. In dem Induktivgeber 16 wird bei Vorbeibewegung der Marken 11 und 13 eine elektrische Spannung induziert, die in den Impulsformer 17 in rechteckförmige Signale umgewandelt wird, wobei die Impulsbreite der Rechteckimpulse konstant ist. Der Ausgang an diesen Impulsformers ist mit der Steuerlogik 18 verbunden, welche eine erste bistabile Kippstufe 27 aufweist, deren Takteingang direkt an den Impulsformer 17 angeschlossen ist. Außerdem ist der Ausgang des Impulsformers mit je einem Eingang von an drei NOR-Gliedern 28, 29 und 30 verbunden. Je ein weiterer Eingang der NoOR-Glieder 28, 29 und 30 ist mit einem Ausgang der bistabilen ippstufe 27 verbunden. Ein anderer Ausgang der bistabilen Kippstufe ist mit dem Takteingang einer monostabilen Kippstufe 31 verbunden, und gleichzeitig an den Takteingang einer zweiten bistabilen Kippstufe 32 angeschlossen. Ein erster Ausgang der zweiten bistabilen Kippstufe ist an einem Eingang des NOR-Gliedes 30 und ein zweiter Ausgang der bistabilen Kippstufe 32 mit einem Eingang des NOR-Gliedes verbunden. Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 31 ist über einen Kondensator 33 mit einem Setzeingang der ersten bistabilen Kippstufe 27 verbunden. Außerdem sind an dem Setzeingang der bistabilen Kippstufe 27 eine Diode 3^ und ein Widerstand 35 angeschlossen. Der Ausgang des NOR-Gliedes 28 ist mit der Ausgangsklemme 19, der Ausgang des NOR-Gliedes mit der Ausgangsklemme 20, der Ausgang des NOR-Gliedes 30 mit der Ausgangsklemme 21, ein Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe 27 mit der Ausgangsklemme 22 und ein Ausgang der monostabilen Kippstufe 31 mit der Ausgangsklemme 23 verbunden.

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Zur Erläuterung der in Fig. 6 dargestellten Steuerlogik soll der Impulsplan nach Fig. 7 dienen. In Fig. 7a sind Impulse dargestellte, die am Ausgang des Impulsformers 17 auftreten. Dabei entspricht der bei 36 dargestellte Impuls, der ein Wechsel des Binärsignales am Ausgang des Impulsformers 17 von eins auf null darstellt, dem Vorbeigang der Marke 11 und der bei 37 dargestellte Impuls den Vorbeigang der Marke 13 an dem Induktivgeber 16. An der Ausgangsklemme 19 liegt die in Fig. 7b dargestellte Impulsfolge an, da die erste bistabile Kippstufe 27 als zwei zu eins-Frequenzteiler wirkt, so daß bei jedem Impuls 37 ein Ausgangssignal an der Klemme 19 auftritt. An der Ausgangsklemme 20 tritt das in Fig. 7c dargestellte Ausgangssignal auf, weil durch die Hintereinanderschaltung der ersten bistabilen Kippstufe 27 und der zweiten bistabilen Kippstufe eine vier zu eins-Frequenzteilung auftritt. An der Klemme 21 tritt das in Fig. 7d dargestellt Signal auf, das ebenfalls über eine vier zu eins-Frequenzteilung entsteht, zu dem Ausgangssignal nach 7c jedoch verschoben ist, da das NOR-Glied 30 mit einem anderen Ausgang der zweiten bistabilen Kippstufe 32 verbunden ist als das NOR-Glied 29. An der Ausgangsklemme 22 tritt das in Fig. 7e dargestellte Signal auf. Aus dieser Impulsfolge nach Fig. 7e ist zu erkennen, daß mit der positiven Flanke des Impulses 36 das Signal an er Klemme 22 von eins auf null springt und bei der positiven Flanke des Impulses 37 wieder von null auf eins zurückkippt. Der in Fig. 7e bei 38 dargestellte Impuls hat deshalb eine Impulsbreite, die dem Abstand der Markierungen 11 und 13 der Scheiben 10 und 12 entspricht. In Fig. 7f ist das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 31* das an der Klemme 23 erscheint, dargestellt. Der bei 39 angedeutete Impuls, der durch die instabile Schaltlage der monostabilen Kippstufe 31 bestimmt wird, hat eine Impulsbreite, die größer als der größtmöglichste Abstand zwischen den Impulsen 36 und 37 jedoch kleiner als der kleinstmögliche Abstand zwischen den Impulsen 37 und 36 gemäß'Fig. 7a ist. Mit diesem Signal nach Fig. 7f kann .eine Synchronist ation der ersten bistabilen Kippstufe 27 erreicht werden. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal an

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der Klemme 22 immer bei Auftreten des Impulses 36 von eins auf null springt und nicht bei Erscheinen des Impulses 37. Durch das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 31 wird nämlich über den Kondensator 33 die erste bistabile Kippstufe 27 immer in derjenigen Schaltlage gehalten, die nur ein Umschalten mit Hilfe des Impulses 36 erlaubt, weil in dem Zeitintervall, in dem der Impuls 37 eintreffen kann, durch das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 31 ein Umschalten der bistabilen Kippstufe 27 in den entsprechenden Schaltzustand verhindert wird.

Die der Steuerlogik 18 nachgeschaltete Auswerteschalteinrichtung 24 weist einen ersten Halbleiterschalter 40 und einen zweiten Halbleiterschalter 41 auf. Der erste Halbleiterschalter 40 dient im Zusammenwirken mit einer weiter nichtdargestellten Betriebsspannungsquelle, welche an eine Zuleitung 42 angelegt ist für einen Kondensator 43 als steuerbare Stromquelle. Der Kollektor des als erste Halbleiterschalter dienenden Schalttransistors ist dabei mit dem Kondensator 43 verbunden, dessen zweite Elektrode mit einer gemeinsamen Masseleitung Verbindung hat. Der Emitter des Schalttransistors 40 ist über einen Widerstand 44 mit der Zuleitung 42 verbunden. Außerdem ist der Emitter des Transistors 40 über einen Widerstand 45 und eine Diode 46 · an die Ausgangsklemme 22 der Steuerlogik 18 angeschlossen. An den Verbindungspunkt des Widerstandes 45 und der Diode ist der invertierende Eingang eines Opperationsverstärkers 47 sowie der Kollektor eines als zweiter Halbleiterschalter wirkenden Schalttransistors angeschlossen. Der Emitter dieses zweiten Schalttransistors ist mit einer gemeinsamen Masseleitung verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit der Steuerelektrode des ersten Schalttransistors verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 47 ist über ein RC-Glied 48, 49 mit der Ausgangsklemme 23 der Steuerlogik 18 verbunden. Die Steuerspannung für den zweiten Schalttransistor 41 wird mit Hilfe eines

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Spannungsteilers aus Widerständen 50 und 5I erzeugt, wobei der Widerstand 51 mit der gemeinsamen Masseleitung und der Widerstand 50 mit der Ausgangsklemme der Steuerlogik l8 Verbindung hat.

Die Wirkungsweise des zuletzt beschriebenen Schaltungsteiles ist folgende. Während des Impulses 38, der in Fig. 7e eingetragen ist und der dem Abstand der beiden Marken 11 und 13 entspricht, wird über den leitenden Schalttransistor 40 der Kondensator 43 aufgeladen. Die Höhe des Ladestromes ist dabei abhängig von der Grunddrehzahl der Brennkraftmachine. Dies wird durch die Ansteuerung des Transistors 40 über die Ausgangsklemme 43 der Steuerlogik erreicht. Je höher die an den nichtinvertierenden Eingang des Opperationsverstärkers 47 anliegende Spannung ist, desto höher ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine, weil über den Opperationsverstärker der Halbleiterschaltung 40 mehr oder weniger geöffnet wird. Der Strom, der also über den Schalttransistor 40 fließt, ist proportional der Betriebsspannung U'B, die an der Zuleitung anliegt, abzüglich der Spannung, die an den nichtinvertierenden Eingang des Opperationsverstärkers anliegt. Kurz vor dem Zurückkippen des Ausgangssignales an der Klemme 22 soll die Spannung über den Kondensator 23 in· einen nachgeschalteten Speicher übernommen werden. Zu diesem Zweck muß die ansteigende Spannung über den Kondensator 43 kurz konstant gehalten werden. Dies geschieht mit Hilfe des Ausgangssignales an der Klemme 19. Tritt dort ein Impuls auf, wie er beispielsweise in Fig. 7b bei 52 angedeutet ist, dann wird der zweite Halbleiterschalter 4l leitend und an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 47 liegt ein negatives Signal an. Dies bedingt am Ausgang des Opperationsverstärkers 47 ein positives Signal, so daß für die Dauer des Impulses 52 nach Fig. 7b der Schalttransistor 40 gesperrt wird. Bei gesperrtem Transistor 40 liegt über den Kondensator 43 eine konstante Spannung an, die in den nachgeschalteten Speicher übernommen werden kann. Das Löschen des Kondensators 43 nach über-

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nähme des anliegenden Signales in die Speicher erfolgt bei Zurückkippen der Spannung an der Ausgangsklemme 22 der Steuerlogik 18 von null auf eins. Das bedeutet, daß bei einem Auftreten eines positiven Signales an der Ausgangsklemme auch an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 47 ein positives Signal angelegt wird. Dadruch entsteht am Ausgang des Operationsverstärkers 47 ein negatives Potential und über die Kollektorbasisstrecke des Transistors 40 wird im Inversbetrieb der Kondensator 43 entladen.

Beim Eintreffen des nächsten Impulses 38 nach Fig. 7e beginnt das beschriebene Spiel in diesem Schaltungsteil von neuem. Über dem Kondensator 43 liegt deshalb kurz vor Ablauf des Impulses 38 nach Fig. 7e eine Spannung an, deren Schwankung der Beschleunigung infolge der zyklischen Schwankungen des Brennraummitteldruckes bzw. der entsprechenden .Momentänderung an der Kurbelwelle entspricht. Dieser Wert ist der Istwert des Regelkreises für die Beeinflussung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bzw. der Abgasrückführungsrate der Brennkraftmaschine. Mit dem Kondensator 43 sind die Schaltstrecken zweier Halbleiterschalter 53 und 54 verbunden, denen je ein Speicherkondensator 55 bzw. 56 nachgeschaltet ist. Die beiden Speicherkondensatoren 55 und 56 sind untereinander verbunden. Der Halbleiterschalter 53 ist dabei mit der Ausgangsklemme 20 der Steuerlogik 18 und die Steuerelektrode des Halbleiterschalters 54 mit der Ausgangsklemme 21 der Steuerlogik 18 verbunden. Durch die Ausgangssignale an den Klemmen 20 und 21 ist sichergestellt, daß die Halbleiterschalter 53 und 54 wechselweise leitend sind und in leitendem Zustand dieser Halbleiterschalter die an den Kondensator anliegenden Signale in die Speicher 55 und 56 eingespeichert werden können. Die beiden Speicher 55 und 56 sind miteinander verbunden, wobei an den Verbindungspunkt ein Widerstand 57 angeschlossen ist, welcher mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 58 verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 58 ist mit der gemeinsamen Masseleitung verbunden. Der Operationsverstärker 58 ist so beschaltet, daß er als Wechselspannurigs-

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verstärker dient. Diesem Wechselspannungsverstärker 58 ist ein Gleichrichter 59 nachgeschaltet, der über einen Widerstand 60 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 6l verbunden ist. An dem nichtinvertierenden Eingang des OpperationsVerstärkers 61, der als Komparator beschaltet ist, liegt der Isti-rert für die Regeleinrichtung an. In den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ist der Sollwert angelegt, der beispielsweise mit Hilfe eines Spannungsteiles aus Widerständen 62 und 63 gebildet werden kann, wobei der Widerstand 63 einstellbar ist. Mit Hilfe dieses einstellbaren Widerstandes 63 kann der Sollwert beispielsweise in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine, wie der Drehzahl, dem Saugrohrdruck, der Kühlwassertemperatur und anderem verändert werden.

Der Istvrert für die Regeleinrichtung entspricht den Winkeländerungen, die bei Verdrehen der Marken 11 und 13 gegeneinander auftreten. Dieser Istwert wird dadurch gebildet, daß der Wechselspannungsanteil des elektrischen Signales, das an den Verbindungspunkten der Speicher 55 und 56 anliegt, über den Wechse!spannungsverstärker 58 verstärkt und anschließend mit Hilfe des Gleichrichters 59 gleichgerichtet wird.

Mit Hilfe des Komparators 6l wird der Istwert und der Sollwert verglichen und das daraus resultierende Signal wird an einen ersten Eingang einer bistabilen Kippstufe 62 angelegt. Der Takteingang dieser bistabilen Kippstufe 62 ist mit der Ausgangsklemme 19 der Steuerlogik verbunden. Der Ausgang der bistabilen Kippstufe 62 ist einerseits mit dem zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe 62 verbunden und andererseits über einen einstellbaren Widerstand 63 an einen Integralregler 64 angeschlossen, der als Operationsverstärker 65 roit einem Integrierkondensator 66 zwischen seinem Ausgang und seinem invertierenden Eingang ausgebildet ist. An den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 65 ist eine Reverenzspannung angelegt, die am Abgriff eines Spannungsteiles aus Widerständen 67 und 68 abgenommen wird.

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Die Wirkungsweise des zuletzt beschriebenen Schaltungsteiles ist folgende. Mit Hilfe des Komparators 61 werden Sollwert und Istwert miteinander verglichen, wobei sich am Ausgang des Komparators 61 kurze Impulse ergeben, wenn der Istwert größer als der Sollwert ist. Keine Impulse ergeben sich dagegen am Ausgang des Komparators 6l, wenn der Istwert kleiner als der Sollwert ist. Treten am Komparator kurze Impulse auf, dann wird die bistabile Kippstufe 62 in eine Schaltlage gebracht, in der an ihrem Ausgang ein L-Signal anliegt. Bei jedem Taktimpuls, der an der Ausgangsklemme 19 der Steuerlogik auftritt, wird dagegen die bistabile Kippstufe 62 in eine Schaltlage gebracht, in der am Ausgang ein Null-Signal anliegt. Ist der Istwert kleiner als der Sollwert, tritt am Ausgang des Komparators 61, wie schon weiter oben angedeutet, ein konstantes Null-Signal auf. Das bedeutet, daß auf dem Set-Eingang der bistabilen Kippstufe 62 kein Impuls kommt. Infolgedessen liegt am Ausgang der bistabilen Kippstufe 62 ein Null-Signal an und der Integrator 64 integriert in positiver Richtung, falls die Ausgarigsspannung des Operationsverstärkers wächst, und mit Hilfe dieser Ausgangsspannung wird der Istwert in Richtung Sollwert vergrößert.

Ist der Istwert größer als der Sollwert, tritt am Ausgang des Komparators 61 eine kurze Impulsfolge auf. Mit Hilfe der Taktimpulse wird, wie schon weiter oben angedeuet, die bistabile Kippstufe 62 in eine Lage gebracht, in der am Ausgang ein Null-Signal auftritt. Durch Impulse auf den Set-Eingang der bistabilen Kippstufe 62 wird diese jedoch so umgeschaltet, daß am Ausgang ein L-Signal auftritt, das bewirkt, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 65 gegen Null geht. Mit ihrem Taktimpuls, der an der Klemme 19 der Steuerlogik 18 auftritt, wird die bistabile Kippstufe wieder in ihre Vorzugslage zurückgeschaltet, in der am Ausgang wieder das Null-Signal auftritt.

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Mit dem Ausgangssignal des Integrieres 64 kann beispielsweise in die Multiplizierstufe einer Einspritzeinrichtung eingegriffen werden oder aber ein Ventil in einer Abgasrückführungsleitung einer Brennkraftmaschine verstellt werden.

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Claims

Ansprüche

!..,/Verfahren zur Regelung des Betriebs Verhaltens einer Brennkraftmaschine in einem vorgegebenen Betriebsbereich, bei dem in Abhängigkeit von Streuungen der zyklischen Schwankungen des Brennraummitteldruckes in drehzahlsychronen Zeitintervallen das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder die Menge von rückgeführtem Abgas der Brennkraftmaschine verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleichförmig arbeitende Brennkraftmaschine mit einem gleichförmig umlaufenden System verglichen wird und daß Phasenänderungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in bezug auf das gleichförmig umlaufende System ermittelt werden und daß die Änderungen des Phasenwinkels als Regelgröße in einen Regelkreis zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bzw. der Abgasrückführungsrate hingegeben werden.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Phasenwinkels zwischen der ungleichförmig umlaufenden Kurbelwelle (15) der Brennkraftmaschine und dem Vergleichssystem ein mehanisches Feder-Masse-Systern (10, 12, 14) vorgesehen ist, das ein erstes mit der Kurbelwelle (15) starr verbundenes und Markierungen .(11 ) tragendes Teil (12) und ein zweites über einer

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Torsionsfeder (14) mit der Kurbelwelle (15) verbundenes mit Markierungen (13 versehenes Teil (13) aufweist, wobei die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems (10, 12, 14) im Vergleich zur Schwankungsfrequenz der Kurbelvrelle (15) der Brennkraftmaschine niedrig ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltungsanordnung zur Winkelmessung zwischen den Markierungen (11, 13) der beiden rotierenden Teile (10, 12) vorgesehen ist und daß in Abhängigkeit von der Größe des ermittelten Winkels die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bzw. die Abgasrückführungsrate verändert ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der rotierenden Teile ein induktiver Geber (16) angeordnet ist, der über einen Impulsformer (17) an eine Steuerlogik (18) angeschlossen ist, die über eine Auswerteeinrichtung (24) mit einem Stellglied (64) zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bzw. der Abgasrückführungsrate in Wirkverbindung steht.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichent, daß die Auswerteeinrichtung (24) einen von der Steuerlogik (18) beeinflußbaren ersten Halbleiterschalter (40) aufweist, über den ein Kondensator (43)

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auf- bzw. entladbar ist, daß wenigstens zwei aufeinanderfolgende Werte der maximalen Ladespannung in die entsprechende Anzahl von Speichern (55» 56) einspeicherbar ist, daß das Differenzsignal der gespeicherten. Werte über einen Wechselspannungsverstärker (58) und über einen Gleichrichter (59) als Istwert einem Komparator (61) zugeführt ist, an den außerdem ein Sollwert angelegt ist und daß das Ausgangssignal des Komparators (61) dem insbesondere Integralverhalten aufweisenden Stellglied (64) zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zugeführt ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansrüche 2 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (+UB, 44, 40) mit einem drehzahlabhängigen elektrischen Signal steuerbar ist, so daß der Ladestrom für den Kondensator (43) drehzahlabhängig ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Steuerlogik (18) ein zweiter Halbleiterschalter (41) zum Abschalten der Stromquelle (+UB, 40, 44) betätigbar ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der über den ersten Halbleiterschalter (40) der Kondensator (43) in einem dem Phasenwinkel proportionalen Zeitintervall aufladbar ist und der jeweils gespeicherte

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Wert in einem der nachgeschalteten Speicher (55, 56) übernommen wird.
9· Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (18) eine erste bistabile Kippstufe (271) aufweist, die über logische Verknüfungssehaltungen (28, 29, 30) und eine monostabile Kippstufe (3D als 4 !!-Frequenzteiler des Speichers (55, 56) angeordnete Halbleiterschalter (53» 54) betätigt.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (18) eine zweite bistabile Kippstufe (32) aufweist, mit deren Ausgang der erste Halbleiterschalter (40) zur drehzahlabhängigen Ansteuerung in Wirkverbindung steht.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bistabile Kippstufe (27) zur Ansteuerung des Halbleiterschalters (40) in den den Kondensator (43) entladenden Schaltzustand vorgesehen ist, wobei ein Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe (27)> insbesondere über eine Diode (46) und einen Operationsverstärker (4), mit der Steuerelektrode des ersten Halbleiterschalters (40) verbunden ist.

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