DE2547142A1

DE2547142A1 - Rueckkopplungssteueranordnung fuer das luft-kraftstoff-verhaeltnis eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE2547142A1
Application number: DE19752547142
Authority: DE
Inventors: Masaharu Asano
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1974-10-21
Filing date: 1975-10-21
Publication date: 1976-04-29
Also published as: CA1054696A; US4109615A; GB1515734A; DE2547142C2

Description

CXl-ING

9 R Λ 7 1 & 2 ^w- STOCKMAiR

K. SCHUMANN

, DRROlNAT 0IPL-PHYS

P. H. JAKOB

Nissan Motor Company, Ltd. gTbezold

No. 2, Takara-machi «*»«.»«*»

MÜNCHEN

Kanagawa-ku
Yokohama City, Japan

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

20. Oktober 1975 P 9737-52/Hä

Rückkopplungssteueranordnung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung bezieht sich auf eine ßückkopplungssteueranordnung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einem Verbrennungsmotor zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches mit einem ersten Fühler zum Erfassen einer Komponente der Auspuffgase und Erzeugen eines diese angebenden elektrischen Signals, mit einem mit dem ersten Fühler verbundenen Differenzsignal generator zum Erzeugen eines den Differenz-wert zwischen dem Signal des Fühlers und einem Bezugssignal angebenden elektrischen Signals, und mit einer mit dem Differenzsignalgenerator verbundenen Steuereinrichtung zum Steuern eines Betätigungsgliedes in Abhängigkeit des Differenzwertes, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln.

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Es wurden verschiedene Anordnungen vorgeschlagen, um ein optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches einem Verbrennungsmotor zuzuführen, um die in den Auspuffgasen enthaltenen giftigen Komponenten zu vermindern, wobei eine solche Anordnung das Konzept der Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei dem Luft-Kraftstoff-Gemisch benutzt. Diese Anordnung weist im wesentlichen einen J^lühler, wie einen Sauerstoff analysierer auf, um eine Komponente der Auspuffgase zu erfassen und ein diese angebendes elektrisches Signal zu erzeugen, wobei ein Differenzsignalgenerator mit dem Kihler verbunden ist, um ein den Differenzwert zwischen dem Signal des I^ühlers und einem Bezugssignal angebendes elektrisches Signal zu erzeugen. Eine Steuerschaltung ist mit dem Differenzsignalgenerator verbunden, um ein Betätigungsglied, wie ein elektromagnetisches Ventil, das z.B. in der Kraftstoffzuführungsleitung eines Vergasers liegt, in Abhängigkeit von dem Differenzwert zu steuern, um damit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regulieren.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie auf die Sicherstellung eines Kaltstartes nicht ausreichend Rücksicht nimmt, bei dem ein angereichertes Luft-Krafts-boff-Gemisch erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Rückkopplungssteueranordnung der genannten Art zu schaffen, mit der auch ein Kaltstart sicherzustellen ist, in dem eine niedrige Temperatur des Verbrennungsmotors erfaßt wird.

Bei einer Rückkopplungssteueranordnung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein zweiter Fühler zum Erfassen der Motortemperatur mit dem

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Differenzsignalgenerator verbunden ist und kontinuierlich den Wert des Bezugssignals in Abhängigkeit von der erfaßten Motortemperatur ändert, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis beim Kaltstart optimiert wird.

Bei der neuen Rückkopplungssteueranordnung wird also eine niedrige Temperatur des Verbrennungsmotors erfaßt und aufgrund dieser ein geeignetes Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Motor gegeben. Im einzelnen wird dieses dadurch erreicht, daß der Wert des Bezugssignals in Abhängigkeit der erfaßten Temperatur geändert wird. Diese Änderung kann allmählich und kontinuierlich vorgenommen werden. Der Wert des Signals von dem Fühler kann dabei in Abhängigkeit einer niedrigen Temperatur des Verbrennungsmotors diskret geändert werden.

Besondere Ausführungsformen der neuen Rückkopplungssteueranordnung betreffende Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Pig. 1 ein funktioneiles Blockschaltbild einer herkömmlichen Rückkopplungssteueranordnung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einem Verbrennungsmotor zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches,

Fig. 2 eine erste bevorzugte Schaltung der neuen Rückkopplungssteueranordnung,

Fig. 3 eine die Änderung der von der in Fig. 2 dargestellten Schaltung erzeugten Bezugsspannung angebende graphische Darstellung,

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Fig. 4- eine das Ausgangssignal des in Fig. 1 gezeigten Fühlers als eine Funktion des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses angebende graphische Darstellung,

Fig. 5 a und 5b Signalformen der Eingangs- und Ausgangssignale eines in Fig. 2 dargestellten Differenzverstärkers ,

Fig. 6 eine zweite bevorzugte Schaltung der neuen Rückkopplungssteueranordnung,

Fig. 7 eine die Änderung der von der in Fig. 6 dargestellten Schaltung erzeugten Bezugsspannung angebende graphische Darstellung,

Fig. 8 eine dritte bevorzugte Schaltung der neuen Steueranordnung und

Fig. 9 eine die Änderung eines mit der in Fig. 8 gezeigten Schaltung erzeugten Signals angebende graphische Darstellung.

In Fig. 1 ist eine herkömmliche Rückkopplungssteueranordnung · für die automatische Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des einem Verbrennungsmotor zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches dargestellt. Ein Fühler 2, wie z.B. ein Sauerstoffanalysier er, zur Erfassung einer Komponente der Auspuffgase ist in einem Auspuffrohr 4- vorgesehen, damit er den Auspuffgasen des Verbrennungsmotors ausgesetzt ?.st, und erzeugt ein die.erfaßte Komponente angebendes elektrisches Signal. Die Größe des Signals vom Fühler 2 wächst mit der Abnahme des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wie dieses in Fig. 4- dargestellt ist. Das Signal vom Fühler 2 wird dann an einen Diffe-

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renzsignalgenerator 6 gegeben, der ein dem Differenzwert zwischen dem zugeführten Signal und einem Bezugssignal S_ß proportionales Ausgangssignal erzeugt. Das Bezugssignal wird vorher so festgelegt, daß ein optimaler Vert zum Regeln des Luft-Kraftstoff-"Verhältnisses, z.B. das stoichiometrische Verhältnis 14,8 erhalten wird, damit, wenn z.B. ein sogenannter dreiwegiger katalytischer Reaktor benutzt wird, dieser Reaktor die giftigen Bestandteile, d.h. Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NO-^), so weit wie möglich zu vermindern.

Bei dieser beschriebenen herkömmlichen Rückkopplungssteueranordnung ergibt sich jedoch der Nachteil, daß es schwer oder unmöglich ist, ein angereichertes Luft-Kraftstoff-Gemisch dem Verbrennungsmotor beim Kaltstart zuzuführen. Dieser Nachteil wird bei der neuen Rückkopplungssteueranordnung beseitigt, indem ein verbesserter Differenzsignalgenerator in der Anordnung benutzt wird. Der Differenzsignalgenerator der neuen Rückkopplungssteueranordnung dient zum automatischen Zuführen eines optimalen oder angereicherten Luft-Kraftstoff-Gemisches an den Verbrennungsmotor beim Kaltstart und auch beim Betrieb des kalten Motors. Dieses wird anschließend in Verbindung mit den !Figuren 2 bis 9 erläutert. Bei der beschriebenen Rückkopplungssteueranordnung wird das Bezugssignal S-r, gewöhnlich innerhalb des Differenzsignalgenerators 6 erzeugt, jedoch kann andererseits auch ein hier nicht gezeigter geeigneter Bezugssignalgenerator unabhängig und zusätzlich zu dem Differenzsignalgenerator 6 benutzt werden. Das Ausgangssignal vom Generator 6 wird dann an eine nachfolgende Stufe, z.B. eine Steuerschaltung 8 gegeben. Das auf diese Weise der Steuerschaltung zugeführte Differenzsignal wird in seiner Polarität in Bezug auf einen bestimmten Pegel umgekehrt, damit ein Steuersignal von der Steuerschaltung 8 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in umgekehrter Richtung steuern kann. Das Steuersignal wird dann an ein Betätigungsglied 10 gegeben. Bei der beschriebenen Rückkopplungssteueranordnung wird

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der bestimmte Pegel zuvor festgelegt, indem die tatsächliche Verminderung von giftigen Bestandteilen unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen berücksichtigt werden. Das Betätigungsglied, das z.B. ein elektromagnetisches Ventil ist, steuert das Massenverhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das über einen Vergaser 12 dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Selbstverständlich kann bei der Rückkopplungssteueranordnung der Vergaser 12 durch ein elektronisches Kraftstoffeinspritzventil od.dgl. ersetzt werden. Die neue Rückkopplungssteueranordnung betrifft nicht unmittelbar die Steuerschaltung 8, das Betätigungsglied 10 und den Vergaser 12, so daß eine weitere Beschreibung dieser Teile hier fortgelassen ist.

In Fig. 2 ist im einzelnen eine erste bevorzugte Schaltung der neuen Rückkopplungssteueranordnung dargestellt. Diese erste bevorzugte Schaltung entspricht dem in 3?ig. 1 gezeigten Differenzsignalgenerator 6. Ein Anschluß 18 ist zum Aufnehmen des elektrischen Signals vom !fühler 2 vorgesehen, der dieses an die Basis eines Transistorverstärkers 20 gibt. Der Verstärker 20 ist vorzugsweise durch einen Feldeffekttransistor gebildet, um eine hohe Eingangsimpedanz zu erreichen. Die Gate-Elektrode des Transistors 20 ist über einen Widerstand 22 mit einer negativen Speiseleitung 21, die Source-Elektrode unmittelbar mit einer positiven Speiseleitung 19 und die Drain-Elektrode über einen Widerstand 24 mit der negativen Speiseleitung 21 und außerdem über einen Widerstand 46 mit dem invertierenden Eingang 52 eines Differenzverstärkers 50 verbunden. Ein Spannungsteiler 33, der aus den Widerständen 32 und 34- besteht, ist zwischen die positive und negative Speiseleitung geschaltet und erzeugt ein festes Bezugssignal v^, an einem Verbindungspunkt 35 zwischen den Widerständen 32 und 34-.Der Verbindungspunkt 35 ist über eine Diode 36 mit dem nicht-invertierenden Eingang 54-

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verbunden. Eine aus Widerständen 26,28 und einem temperaturempfindlichen Bauelement 50, wie einem Thermistor, gebildete Reihenschaltung ist zwischen die positive Speiseleitung 19 und Erde geschaltet. Ein Thermistor hat bekanntlich einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten seines Widerstandswertes, so daß sein Widerstand abnimmt, wenn die Temperatur ansteigt, mit anderen Worten, seine Leitfähigkeit vergrößert sich mit wachsender Umgebungstemperatur. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Thermistor 30 mit einem "Verbrennungsmotor selbst verbunden, um unmittelbar seine Temperatur zu erfassen, oder ist zum Erfassen einer Verbrennungsmotortemperatur geeignet angeordnet. Wie gezeigt, ist ein Verbindungspunkt 29 zwischen den Widerständen 26 und 28 über eine weitere Diode 38 mit dem Anschluß 54 des Differenzverstärkers 50 verbunden. Die Dioden 36 und 38 sind so ge- " schaltet, daß die höhere Spannung der an den YerbindungspuniC-ten 29 und 35 erzeugten Spannungen an den Eingang 54 gegeben wird. Zwischen der positiven und negativen Speiseleitung 19 und 21 ist ein v/eiterer Spannungsteiler 41 vorgesehen, der aus den Widerständen 40 und 42 besteht. Die am Verbindungspunkt 43 auftretende geteilte Spannung wird über einen Widerstand 44 zu dem Ausgangssignal des Verstärkers 20 hinzuaddiert. Von einem Ausgangsanschluß 56 wird ein Ausgangssignal abgegeben, das proportional einem Differenzwert zwischen den den beiden Eingangsanschlüssen 52 und 54 zugeführten Signalen ist. Der Ausgangsanschluß 56 ist mit der in Fig. 1 gezeigten Steuerschaltung 8 und außerdem mit dem Eingangs ans chluß 52 über einen Rückkopplungswiderstand 48 verbunden.

Die Arbeitsweise der ersten bevorzugten Ausführungsform, deren Schaltung in Fig. 2 dargestellt ist, wird in Verbindung mit den .Figuren 3» 4, 5a uDd 5b erläutert. Der Hauptzweck der neuen Rückkopplungssteueranordnung ist, wie zuvor erwähnt, einen Kaltstart des Verbrennungsmotors sicherzustellen, in

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dem automatisch dem Verbrennungsmotor ein angereichertes. Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird. Pig. 4 zeigt das vom Fühler 2 abgegebene elektrische Signal als eine Funktion des Massenverhältnisses des Luft-Kraftstoff-Gemisches. Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, vergrößert sich die Stärke des Signals allmählich und kontinuierlich mit der Abnahme des Massenverhältnisses. Das Signal vom Fühler 2 wird über den Anschluß 18 an den Feldeffekttransistor 20 gegeben, das dieses verstärkt und das verstärkte Signal an den Anschluß 52 des Differenzverstärkers 50 gibt. Andererseits wird die am Verbindungspunkt 43 erzeugte feste Spannung zu dem Ausgangssignal des Verstärkers 20 hinzuaddiert. Der Widerstandswert des Thermistors 30 nimmt infolge seines negativen Temperaturkoeffizienten mit wachsender Umgebungstemperatur ab. Die Spannung am Verbindungspunkt 29 vermindert sich daher mit wachsender Motortemperatur, wie dieses durch die Gerade b in Fig. 3 gezeigt ist. Die sich ändernde Spannung am Verbindungspunkt 29 wird an die Anode der Diode 38 gegeben. Andererseits wird die feste geteilte Spannung v^, die durch die gestrichelte Gerade a in Fig. 3 dargestellt ist, an die Anode der Diode 36 gegeben. Aus der Schaltungsanordnung der Dioden 36 und 38 ergibt sich, daß die höhere Spannung der an den Verbindungspunkten 29 und 35 auftretenden Spannungen an den Anschluß 54 gegeben wird. Dadurch kann die an den ■ Anschluß 54 gegebene Spannung in Abhängigkeit einer bestimmten Motortemperatur geändert werden.

Dieser Vorteil der ersten bevorzugten Ausführungsform in Fig.2 wird weiter erläutert. Wird angenommen, daß die Motortemperatur vergleichsweise niedrig ist, so daß ein angereichertes Luft-Kraftstoff -Gemisch für den Motorstart erforderlich ist, und weiter angenommen, daß der Widerstandswert des Thermistors bei'dieser Bedingung 150 0hm ist, wie dieses in Fig. 3 ge-

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zeigt ist, so ist die Spannung am Verbindungspunkt 29 gleich Vp wodurch, diese an den Anschluß 54- gelangt, . da diese Spannung höher ist als die Spannung v.*. Die Amplitude des Differenzsignales vom Differenzverstärker 50 ist daher groß verglichen mit einem Start bei warmem Motor. Auf diese Weise steuert die Steuerschaltung 8 das Betätigungsglied 10 derart, daß das Luft-Kraftstoff-Gemisch angereichert wird. Danach wird bei allmählich ansteigender Motortemperatur die Spannung am Verbindungspunkt 29 längs der Geraden b in I¹Xg. 3 verringert und schließlich fällt der Widerstandswert des Kiermistors 30 auf 50 Ohm, wobei das an den Anschluß 54· gegebene Signal auf v- wechselt und auf diesem Wert bleibt. Die Spannung v^ wird zuvor festgelegt, um ein optimales Luft-Kraftstoff-Gemisch, dessen Massenverhältnis z.B. bei 14,8 liegt, an den Verbrennungsmotor bei normalem warmem Betrieb zu geben, wobei die Verminderung von schädlichen Komponenten der Auspuffgase in der zuvor erwähnten Weise berücksichtigt ist.

Die Figuren 5a und 5b zeigen Signalformen von Eingangs- und Ausgangssignalen des in Fig. 2 gezeigten Differenzverstärkers 50, wobei die Signale vom Fühler 2 der Einfahheithalber als Sinussignal dargestellt sind. Wie in Fig. 5a gezeigt ist, wird die an den Eingangsanschluß 54- gegebene Bezugsspannung kontinuierlich von V₂ auf v^ geändert, wenn die Motortemperatur ansteigt. Andererseits zeigt Fig. 5b das den Differenzwert der beiden Eingangssignale angebende Ausgangssignal, das bei kaltem Motor größer ist als bei warmem Motor. Die Steuerschaltung 8, die das Ausgangssignal des Differenzverstärkers erhält, erzeugt das Ausgangssignal, um das Betätigungsglied 10 in der Weise zu steuern, daß das Luft-Kraftstoff-Gemisch beim Kaltstart und beim Betrieb des kalten Verbrennungsmotors angereichert wird.

In Fig. 6 ist eine zweite bevorzugte Schaltung der neuen Rückkopplungssteueranordnung dargestellt. Auch die zweite bevorzugte Schaltung entspricht ^^Γie die erste bevorzugte Schaltung

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dem in Fig. 1 gezeigten Differenzsignalgenerator 6. Zwischen der Funktionsweise der ersten und zweiten bevorzugten Schaltung ist ein bemerkenswerter Unterschied, daß das Bezugssignal S-D der zweiten Schaltung ansteigt, wenn die Motortemperatur ansteigt, wie dieses in Fig.- 7 dargestellt ist, und daß ein Ausgangssignal von einem Verstärker 100 in seiner Polarität umgekehrt wird.

Der Anschluß 18 ist vorgesehen, damit er das elektrische Signal vom Fühler 2 aufnimmt und dieses an die-Basis eines Transistors 104- des Verstärkers 100 gibt.Der Verstärker 100 ist ein herkömmlicher direkt gekoppelter Verstärker, bei dem zwei Transistoren 104- und 108 vorgesehen sind. Der Emitter des Transistors 104- ist über einen Widerstand 106 mit der positiven Speiseleitung 19 und auch mit der Basis des weiteren Transistors 108 verbunden, während sein Kollektor unmittelbar geerdet ist. Der Emittor des Transistors 108 ist über einen Widerstand 112 geerdet, während sein Kollektor über einen Widerstand 110 mit der positiven Speiseleitung 19 und auch mit dem Eingangsanschluß 52 des Differenzverstärkers 50 verbunden ist. Der Differenzverstärker 50 erhält zwei Arten von Signalen an seinen Anschlüssen 52 und 54- und erzeugt ein dem Differenzwert zwischen diesen Signalen proportionales Ausgangssignal. Der Eingangsanschluß 52 ist über den Rückkopplungswiderstand 4-8 mit dem Ausgangsanschluß 1?0 des Differenzverstärkers 50 verbunden. Das Ausgangssignal vom Differenzverstärker 50 wird dann an die nachfolgende Steuerschaltung über den Anschluß 170 gegeben. Ein Bezugssignal, dessen Amplitude in Abhängigkeit von der Motortemperatur geändert wird, wird an den Eingangsanschluß 54- des Differenzverstärkers von einem Verbindungspunkt 153 des Bezugsignalgenerators 14-0 gegeben. Der Generator 14-0 weist zwei Transistoren 14-4- und 14-6 auf, deren Emitter mit der positiven Speiseleitung 19 und deren Basis unmittelbar miteinander verbunden sind, während der Kollektor des Transistors 14-4- über einen Widerstand 14-2 mit Erde und der Kollektor des Transistors 14-6 unmittelbar mit seiner Basis verbunden ist. Wie gezeigt, ist der

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Kollektor des Transistors 156 mit dem Kollektor des anderen Transistors 162 verbunden. Die Basis des Transistors 162 ist ihrerseits mit einem Yerbindungspunkt 167 zwischen zwei Widerständen 166 und 168 verbunden, die in Eeihe zwischen Erde und der positiven Speiseleitung 19 geschaltet sind, um an dem Verbindungspunkt 167 ein festes Potential zu erzeugen. Der Emitter des Transistors 162 ist über' einen Widerstand 164 mit Erde und außerdem mit dem temperaturempfindlichen Bauelement 30 verbunden, das in diesem Fall ein Thermistor ist. Der Bezugssignalgenerator 140 dient zur Änderung der Bezugsspannung, die an dem Yerbindungspunkt 143 erscheint, in Abhängigkeit von der Motortemperatur, um dem Verbrennungsmotor ein angereichertes Luft-Kraftstoff-Gemisch beim Kaltstart und beim Betrieb mit kaltem Motor zuzuführen.

Zusätzlich zu dem Bezugssignalgenerator 140 ist eine Begrenzerschaltung 130 zum Begrenzen des Maximalwertes der an dem Verbindungspunkt 143 erzeugten.Bezugsspannung vorgesehen. Die Begrenzerschaltung 130 weist einen Transistor 132 auf, dessen Emitter mit dem Verbindungspunkt 143, dessen Kollektor geerdet und dessen Basis mit einem Verbindungspunkt 135 zwischen zwei Widerständen 134 und 136 verbunden sind, die zwischen Erde und die positive Speiseleitung 19 geschaltet sind. Die !Funktionsweise der Begrenzerschaltung 130 ist derart, daß der Maximalwert der Bezugsspannung an dem Verbindungspunkt 143 durch die feste geteilte Spannung an dem Verbindungspunkt bestammt wird und annähernd gleich dieser ist. Dieses liegt daran, daß, wenn die Bezugsspannung die feste geteilte Spannung an dem Verbindungspunkt 135 übersteigt, der Transistor 132 leitend wird, jedoch unmittelbar danach die Bezugsspannung unter die feste geteilte Spannung fällt, wodurch der Transistor 132 :wieder gesperrt wird. Danach wird der Maximalwert der Bezugsspannung näherungsweise auf der festen geteilten Spannung an dem Verbindungspunkt 135 gehalten.

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~¹²~ 2547 U 2

Die Arbeitsweise der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 6 gezeigt ist, wird anschließend in Verbindung mit den Pig. 4 und 7 erläutert. Der Zweck der vorliegenden Ausführungsform ist gleich dem der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß kurz gesagt die Bezugsspannung mit steigender Motortemperatur ansteigt. Das vom !Fühler 2 erhaltene elektrische Signal wächst allmählich und kontinuierlich mit der Verringerung des Massenverhältnisses von Luft zu Kraftstoff, wie dieses in Fig.4 gezeigt ist. Das Signal von dem Fühler 2 wird über den Anschluß 18 an den Verstärker 100 gegeben, dessen Ausgangssignal in seiner Polarität umgekehrt wird. Wird zuerst angenommen, daß die Motortemperatur niedrig ist, so daß ein angereichertes Luft-Kraftstoff-Gemisch beim Kaltstart erforderlich ist, und weiter angenommen, daß der Widerstandswert des Thermistors 30 unter dieser Bedingung 150 Ohm beträgt, wie dieses in Fig. 7 dargestellt ist, so ist der durch den Emitter und den Kollektor des Transistors 144 und durch den Widerstand 142 fließende Strom kk in, so daß die Bezugs spannung an dem Verbindungspunkt 143 niedrig ist und den in Fig. 7 dargestellten Wert ν ^ hat. Daher ist die Amplitude des vom Differenzverstärker 50 abgegebenen Ausgangssignals klein. Dieses Ausgangssignal wird dann an die in Fig. 1 gezeigte Steuerschaltung 8 gegeben, die jedoch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel so modifiziert werden muß, daß sie ein Steuersignal erzeugt, mit dem das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff größer gemacht wird, wenn die Amplitude des zugeführten Signals steigt. Dieses ist dadurch bedingt, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 100 in seiner Polarität bezüglich des Eingangssignals umgekehrt ist und auch das Bezugssignal allmählich und kontinuierlich mit ansteigender Motortemperatur ebenfalls ansteigt, wie dieses in Fig. 7 gezeigt ist. Danach wird bei allmählich ansteigender Motortemperatur auch die Bezugsspannung am Verbindungspunkt 143 anwachsen, wie dieses in Fig. 7 gezeigt ist, und schließlich, wenn der Widerstandswert des Thermistors 30 auf 50 0hm fällt, wird die Bezugs spannung gleich der Spannung V₁.

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und in der zuvor beschriebenen Weise auf diesem Wert bleiben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Spannung v^ zuvor so festgelegt, daß ein optimales Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff unter gewöhnlichen warmen Betriebsbedingungen dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.

Schließlich wird in Verbindung mit Fig. 8 eine dritte bevorzugte Schaltung der neuen Rückkopplungssteueranordnung beschrieben. Die dritte Ausführungsform hat im Unterschied zu·den zuvor erläuterten Ausführungsformen eine solche Charakteristik, daß das Signal vom !Fühler 2 in Abhängigkeit •von der Motortemperatur diskret verändert wird. Im Anschluß wird die Schaltung des dritten Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert. Der Anschluß 18 erhält ein elektrisches Signal von dem Suhl er 2 und gibt dieses an die G-ate-Elektrode des Feldeffekttransistors 20. Die Gate-Elektrode ist über eine Diode 202 mit der positiven Speiseleitung 19 und außerdem mit der negativen Speiseleitung 21 über eine aus einem Widerstand 200 und einer weiteren Diode 204- gebildete Parallelschaltung verbunden. Die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 20 ist unmittelbar mit der Speiseleitung 19 verbunden. Die Drain-Elektrode ist über einen Widerstand 208 mit der Speiseleitung 21 und außerdem über einen Widerstand 238 mit dem Eingangsanschluß 52 des Differenzverstärkers 50 verbunden. Zwisaen den beiden Speiseleitungen 19 und 21 ist ein aus den Widerständen 210 und 212 bestehender Spannungsteiler 211 geschaltet. Ein Verbindungspunkt 209 zwischen den Widerständen 210 und 212 ist unmittelbar mit dem Eingangs ans chluß 54· des Verstärkers 50 verbunden. Der Spannungsteiler 211 hat die Aufgabe, eine feste Bezugsspannung an den Differenzverstärker 50 zu geben, von dem ein Differenzwert zwischen der festen Bezugsspannung und dem dem Anschluß 52 zugeführten Signal am AusgangsanSchluß 56 abgegeben wird. Der Fühler 30 ist zwischen Erde und eine aus· den Widerständen 214- und 216

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gebildete Reihenschaltung geschaltet, wodurch damit die Spannung an einem Verbindungspunkt 215 geändert wird. Der Verbindungspunkt 215 ist mit der Basis eines Transistors verbunden. Der Emitter des Transistors 218 ist über einen Widerstand 222 mit der Speiseleitung 21 und der Kollektor über einen Widerstand 228 mit der Basis eines Transistors 250 verbunden. Ein weiterer Spannungsteiler 223, der aus den beiden Widerständen 224 und 226 besteht, ist zur Erzeugung einer festen geteilten Spannung an dem Verbindungspunkt 225 vorgesehen.Der Verbindungspunkt 225 ist mit der Basis eines Transistors 224 verbunden. Der Kollektor des Transistors .224 ist über einen Widerstand 220 mit der Speiseleitung 19 und der Emitter ist mit dem Emitter des Transistors 218 verbunden. Die Transistoren 218 und 224- sind so geschaltet, daß' der erstere nur dann leitend geschaltet wird, wenn die Spannung an dem Verbindungspunkt 215 die Spannung an dem Verbindungspunkt 225 übersteigt. Der Emitter des Transistors 230 ist mit einem Verbindungspunkt 233 zwischen zwei Widerständen 232 und 234- verbunden und der Kollektor ist über einen Widerstand 236 mit der Speiseleitung 21 verbunden. Die Widerstände 232 und 234- sind in Reihe zwischen die positiven und negativen Speiseleitungen 19 und 21 geschaltet. Die an einem Verbindungspunkt 231 erscheinende Spannung Vq wird unmittelbar in Abhängigkeit von der Motortemperatur geändert, wie dieses später noch erläutert wird, so daß die Amplitude des von dem Feldeffekttransistor 20 abgegebenen Signals ihrerseits diskret geändert wird, indem die Spannung Vq über einen Widerstand 240 an einem Verbindungspunkt 241 ihr dazuaddiert wird. Das addierte Signal wird dann an den Anschluß 52 gegeben. Der Differenzverstärker 50 erzeugt einen Differenzwert zwischen den beiden zugeführten Signalen, wie dieses bereits beschrieben wurde.

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Die Arbeitsweise der dritten bevorzugten Ausführungsform wird anschließend in Verbindung mit Fig. 9 erläutert. Ein wichtiger Unterschied, der bezeichnend für diese Ausführungsform ist, liegt darin, daß eines der dem Differenzverstärker 50 zugeführten Eingangssignale diskret, d.h. in Stufen, in Abhängigkeit von der Temperatur geändert wird. Das von dem Fühler 2 erhaltene elektrische Signal wächst allmählich und kontinuierlich mit einer Abnahme des Massenverhältnisses von Luft zu Kraftstoff, wie dieses in Fig. 4- gezeigt ist. Das vom Fühler 2 kommende Signal wird über den Anschluß 18 an den Feldeffekttransistor 20 gegeben, der es verstärkt und das verstärkte Signal an den Verbindungspunkt 24-1 gibt. Zuerst werden die folgenden Bedingungen angenommen: (1) Die Motortemperatur ist niedrig, so daß ein angereichertes Luft-Kraftstoff -Gemisch für den Kaltstart erforderlich ist; (2) der Widerstandswert des Thermistors 30 ist unter der Bedingung (1) mehr als 100 0hm, vgl. Fig. 9; (3) die Spannung am Verbindungspunkt 215 ist höher als die an dem Verbindungspunkt 225 unter der Bedingung (2); (4-) wenn der Widerstandswert des Thermistors 30 niedriger als 100 0hm ist, so ist im Gegensatz die Spannung am Verbindungspunkt 215 niedriger als die am Verbindungspunkt 225. Unter diesen Bedingungen, d.h. bei kaltem Motor, wird der Transistor leitend, wodurch auch der Transistor 230 leitend wird. Die Spannung Vq am Verbindungspunkt 230 ist daher gleich einer von den Widerständen 232 und 236 geteilten Spannung Vr in Fig. 9· 3JD· Gegensatz dazu wird bei steigender Motortemperatur die Spannung am Verbindungspunkt 215 geringer. Vorausgesetzt, daß die Spannung am Verbindungspunkt 215 niedriger als die feste Spannung am Verbindungspunkt 225 wird, so sperrt der Transistor 218, wodurch auch der Transistor 230 gesperrt wird. Die Spannung am Verbindungspunkt 231 wächst daher im wesentlichen sprunghaft auf den Wert Vg in Fig. 9· Auch bei diesem

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Ausführungsbeispiel wird die Spannung v,- zuvor so festgelegt, daß ein geeignetes Luft-Kraftstoff-Gemisch unter normalen Betriebsbedingungen des warmen Motors diesem zugeführt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß mit Hilfe der neuen Rückkopplungssteueranordnung auch ein Kaltstart von Verbrennungsmotoren sichergestellt wird. In der vorliegenden Beschreibung wird der Thermistor 30, der durch irgendein anderes geeignetes, temperaturempfindliches Bauelement ersetzt werden kann, zur Erfassung der Temperatur des Kühlwassers, der Auspuffgase oder des Schmieröls des Verbrennungsmotors benutzt. Der Thermistor 30 wird an einem geeigneten Platz befestigt oder angeordnet, um die Motortemperatur direkt oder indirekt zu messen. Außerdem kann der Differenzverstärker 50 durch einen Vergleicher ersetzt werden und anstelle des Fühlers 2 kann irgendein anderer Fühler benutzt werden, der z.B. Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder Stickoxide erfaßt. Außerdem kann der Vergaser 12 durch elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzventile ersetzt werden.

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Claims

2547H2 Patentansprüche

1.j Rückkopplungssteueranordnung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einem Verbrennungsmotor zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches mit einem ersten Fühler zum Erfassen einer Komponente der Auspuffgase und Erzeugen eines diese angebenden elektrischen Signals, mit einem mit dem ersten Fühler verbundenen Differenzsignalgenerator zum Erzeugen eines den Differenzwert zwischen dem Signal des Fühlers und einem Bezugssignal angebenden elektrischen Signals und mit einer mit dem Differenzsignalgenerator verbundenen Steuereinrichtung zum Steuern eines Betätigungsgliedes in Abhängigkeit des Differenzwertes, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, dadurch gekennze ichnet , daß ein zweiter Fühler (30) zum Erfassen der Motortemperatur mit dem Differenzsignalgenerator (6) verbunden ist und kontinuierlich den Wert des Bezugssignals in Abhängigkeit von der erfaßten Motortemperatur ändert, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis beim Kaltstart optimiert wird.

2· Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Differenzsignalgenerator (6) die folgenden Bauteile aufweist: einen ersten Verstärker (20), der mit dem ersten Fühler (2) zur Verstärkung des von diesem abgegebenen elektrischen Signals verbunden ist, wobei die Amplitude des elektrischen Signals sich mit dem Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff ändert, einen ersten Signalgenerator (33) zum Erzeugen eines ersten Signals mit einem festen Wert, einen zweiten Signalgenerator (26,28,29), der.mit dem zweiten Fühler (30) verbunden ist, zum Erzeugen eines zweiten Signals, dessen Amplitude in Abhängigkeit von

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der Motortemperatur derart änderbar ist, daß sie mit wachsender Motortemperatur sich vermindert, und mit einem zweiten Verstärker (50), der mit den ersten und zweiten Signalgeneratoren zum wahlweisen Empfangen der ersten und zweiten Signale als Bezugssignal verbunden ist und ein den Differenzwert zwischen beiden angebendes elektrisches Signal erzeugt CFig.

2).

3. Rückkopplungssteueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Fühler (30) ein !Ehermistor ist, daß der erste Signalgenerator (33) ein Spannungsteiler ist und eine geteilte Spannung, die dem ersten Signal entspricht, erzeugt, wobei der erste Signalgenerator über eine erste Diode (36) mit dem zweiten Verstärker (50) verbunden ist, daß der zweite Signalgenerator (26,23,29) ein Spannungsteiler ist und eine zweite geteilte Spannung erzeugt, die dem zweiten Signal entspricht, wobei das zweite Signal mit einer Änderung des Widerstandswertes des zweiten Fühlers (30) änderbar ist, dessen Widerstandswert wiederum in Abhängigkeit von der Motortemperatur änderbar ist, wobei der zweite Signalgenerator über eine zweite Diode (38) mit dem zweiten Verstärker verbunden ist, und daß die erste und zweite Diode derart geschaltet sind, daß die höhere Spannung der ersten und zweiten geteilten Spannungen an den zweiten Verstärker gegeben wird (Fig. 2).

4. Rückkopplungssteueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Differenzsignalgenerator (6) die folgenden Bauteile umfaßt: einen ersten Verstärker (20), der mit dem ersten Fühler (2) zum Verstärken des von diesem abgegebenen elektrischen Signals verbunden ist, wobei die Amplitude des elektrischen Signals sich mit einer Änderung des Massenverhältnisses von Luft

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zu Kraftstoff ändert, einen Bezugssignalgenerator (26,28,29, 33,36,38) zum Erzeugen eines Bezugssignals, der mit dem zweiten Fühler (30) verbunden ist, wobei die Amplitude des Bezugssignals sich mit der Motortemperatur vergrößert und einen zweiten Verstärker (50), der mit dem ersten Verstärker und auch dem Bezugssignalgenerator zum Erhalten des Signals von dem ersteren und des Bezugssignals von dem letzteren verbunden ist und ein den Differenzwert zwischen beiden angebendes Signal erzeugt (Fig. 2).

5. Rückkopplungssteueranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Differenzsignalgenerator (6) außerdem noch eine Begrenzerschaltung (130) zum Bestimmen und Beibehalten eines Maximalvrertes des Bezugssignals aufweist (Fig. 6).

6. Rückkopplungssteueranordnung nach Anspruch ^ dadurch gekennzeichnet , daß die Begrenzerschaltung (130) die folgenden Bauteile aufweist: einen zweiten Spannungsteiler (134,136), der aus zwei Widerständen besteht, die zwischen die positive Speisequelle (19) iind Erde geschaltet sind und einen Transistor (132), dessen Basis mit einem Verbindungspunkt (135) zwischen den beiden Widerständen des zweiten Spannungsteilers, dessen Kollektor geerdet und dessen Emitter mit dem Kollektor des ersten Transistors (144) verbunden sind, an dem das Bezugssignal auftritt, wodurch der Maximalwert des Bezugssignals annähernd gleich einer Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen des zweiten Spannungsteilers ist (Fig. 6).

7. Rückkopplungssteueranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Bezugssignalgenerator (140) die folgenden Bauteile aufweist: einen ersten und einen

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zweiten Transistor (144,146), deren Emitter mit einer positiven Speisequelle (19) und deren Basen unmittelbar miteinander verbunden sind, während der Kollektor des ersten Transistors (144) über einen Widerstand (142) geerdet und der Kollektor des zweiten Transistors mit den Basen verbunden ist, einen ersten Spannungsteiler (166,167*168), einen dritten Transistor (162), dessen Basis mit dem ersten Spannungsteiler, dessen Kollektor mit den Basen des ersten und zweiten Transistors verbunden sind und dessen Emitter über eine aus einem Widerstand(164)und dem zweiten Fühler (30) bestehende Reihenschaltung geerdet ist, wobei der zweite Fühler ein Thermistor ist, so daß dessen Widerstandswert sich mit wachsender Motortemperatur vermindert, wodurch eine am Kollektor des ersten Transistors auftretende Spannung vergrößert wird, die dem Bezugssignal entspricht, das an den mit dem Kollektor des ersten Transistors verbundenen zweiten Verstärker (50) gegeben wird (Fig. 6).

8..Rückkopplungssteueranordnung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einem Verbrennungsmotor zugeführten Luft-Kraftstoff -Gemisches mit einem ersten Fühler zum Erfassen einer Komponente der Auspuffgase und Erzeugen eines diese angebenden elektrischen Signals, mit einem mit dem ersten Fühler verbundenen Differenzsignalgenerator zum Erzeugen eines den Differenzwert zwischen dem Signal des Fühlers und einem Bezugs'signal angebenden elektrischen Signals und mit einer mit dem Differenzsignalgenerator verbundenen Steuereinrichtung zum Steuern eines Betätigungsgliedes in Abhängigkeit des Differenzwertes, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweiter Fühler (30) zum Erfassen der Motortemperatur mit dem Differenzsignalgenerator (6) verbunden ist und diskret die'Amplitude des Signals des ersten Fühlers (2) in Abhän-

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gigkeit von der erfaßten Motortemperatur derart ändert, daß das Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff beim Kaltstart des Verbrennungsmotors optimiert wird.

9. Eückkopplungssteueranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Differenzsignalgenerator (6) die folgenden Bauteile umfaßt: einen ersten Verstärker (20), der mit dem ersten Fühler (2) zum Verstärken des von diesem abgegebenen elektrischen Signals verbunden ist, wobei die Amplitude des Signals sich mit dem ändernden Verhältnis von Luft zu Kraftstoff ändert, einen Bezugssignalgenerator (211) zum Erzeugen eines Bezugssignals, eine Steuerschaltung (218,224,230) zum diskreten Indern der Amplitude des Signals von dem ersten Verstärker derart, daß das Signal im wesentlichen abrupt anwächst, wenn die Motortemperatur über einen bestimmten Wert anwächst, und einen zweiten Verstärker (50), der mit dem ersten Verstärker und dem Bezugssignalgenerator zum Erhalt des Signals von dem ersten Verstärker und des Bezugssignals verbunden ist und ein den Differenzwert zwischen den Signalen angebendes Signal· erzeugt.

10. Rückkopplungssteueranordnung nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Fühler (30) ein Thermistor ist, daß der Bezugssignalgenerator (211) ein erster Spannungsteiler ist, wobei eine feste geteilte Spannung des Spannungsteilers der Amplitude des Bezugssignals entspricht und an den zweiten Verstärker (50) gegeben wird, und daß die Steuerschaltung (218,224,230) mit dem zweiten !Fühler zur Erzeugung eines Steuersignals verbunden ist, das dem Signal des ersten Verstärkers (20) hinzuaddiert wird, wobei der zweite Fühler alternierend einen niedrigen und eine_:n hohen Wert des Steuersignals in Abhängigkeit von der Motortemperatur bestimmt, so daß, wenn die Motortemperatur

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sich unterhalb eines bestimmten Wertes befindet, das Steuersignal den niedrigen Wert annimmt, und wenn die Motortemperatur einen bestimmten Wert übersteigt, das Steuersignal den höheren Wert annimmt.

11. Rückkopplungs s teuer anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung (218, 224,230) die folgenden Bauteile umfaßt: einen ersten Spannungsteiler (214,215,216), der aus zwei Widerständen (214,216) besteht, die in Reihe mit dem zweiten Fühler (30) geschaltet sind, so daß die geteilte Spannung sich in Abhängigkeit von dem ändernden Widerstandswert des zweiten !Fühlers ändert, einen zweiten Spannungsteiler (223),der aus zwei Widerständen (224,226) besteht und eine feste geteilte Spannung erzeugt, einen ersten Transistor (218), dessen Basis mit einem Verbindungspunkt (215) zwischen den zwei Widerständen (214,216) des ersten Spannungsteilers (214, 215,216), dessen Emitter mit der negativen Speisequelle (21) und dessen Kollektor mit der Basis eines zweiten Transistors (230) verbunden sind, einen dritten Transistor (224), dessen Basis mit einem Verbindungspunkt (225) zwischen den zwei Widerständen (224,226) des zweiten Spannungsteilers (223), dessen Kollektor mit der positiven Speisequelle (19) und dessen Emitter mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden sind, wobei der Emitter des zweiten Transistors mit einem Verbindungspunkt (233) verbunden ist, an dem das Steuersignal auftritt und der zwischen einem ersten (232) und einem zweiten Widerstand (234) liegt, die zwischen die positive und negative Speisequelle geschaltet sind, der Kollektor des zweiten Transistors über einen dritten Widerstand (236) mit der negativen Speisequelle verbunden ist, wodurch , wenn die Motortemperatur niedriger als der bestimmte Wert ist,

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die geteilte Spannung des ersten Spannungsteilers größer ist als die feste geteilte Spannung, so daß der erste Transistor leitend wird und seinerseits den zweiten Transistor leitend schaltet, wodurch das Steuersignal den niedrigeren Wert annimmt, und andererseits, ivenn die Mo tor temperatur den bestimmten Wert übersteigt, die geteilte Spannung des ersten Spannungsteilers niedriger als die konstante geteilte Spannung ist, so daß der erste Transistor gesperrt wird und seinerseits den zweiten Transistor sperrt, wodurch das Steuersignal den höheren Wert annimmt.

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