DE2604964B2 - Brennstoffeinspritzsystem in Form einer geschlossenen Schleife für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Brennstoffeinspritzsystem in Form einer geschlossenen Schleife für eine BrennkraftmaschineInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
- F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
Description
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem in Form einer geschlossenen Schleife für eine
Brennkraftmaschine mit wenigstens einem elektrisch betätigten Brennstoffeinspritzventil für die Brennstoff-".;
> einspritzung in die Maschine, einem Steuersystem, welches auf die Zusammensetzung des Abgases in dem
Abgassystem der Maschine anspricht, um das Luft/ Brennstoffverhältnis der der Maschine mit einer
Steuerspannung zugeführten Brennstoffmischung zu ~>r regeln, mit einer Einspritzsteuereinrichtung, die auf die
Steuerspannung des Steuersystems zur Steuerung der Betriebszeit des Brennstoffeinspritzventils anspricht,
wobei das Steuersystem folgende Einrichtungen enthält: einen im Abgassystem der Brennkraftmaschine anno
geordneten Abgasfühler, der auf einen Bestandteil der Abgase anspricht, um ein Signal mit einem ersten
Spannungswert zu erzeugen, der eine erste Eigenschaft des Gases wiedergibt und um ein Signal mit einem
zweiten Spannungswert zu erzeugen, welches eine i>: zweite Eigenschaft des Gases anzeigt; eine eine
Schwellenwertspannung erzeugende Einrichtung zum Vorsehen eines Signals mit einem zwischen dem ersten
und dem zweiten Spannungswert liegenden Spannungs-
pegel; eine Vergleichsstufe zum elektrischen Vergleich des Signals des Abgasfühlers mit dem Signal aus der die
Schwellenwertspannung erzeugenden Einrichtung, die ein Ausgangssignal als Ergebnis des Vergleichs erzeugt;
einen der Vergleichsstufe zugeordneten Integrator, der die Steuerspannung erzeugt, und eine auf das Ausgangssignal
der Vergleichsstufe ansprechende Schaltereinrichtung.
Ein derartiges Brennstoffeinspritzsystem entspricht einem älteren Vorschlag gemäß der Deutschen
Offenlegungsschrift 2442 229. Dieses Brennstoffeinspritzsystem stellt ebenfalls einen Regelkreis mit
Integralverhalten dar, um das einer Brennkraftmaschine zugeführte Luft/Brennstoffgemisch mit Hilfe einer im
Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsonde zu beeinflussen. Mit Hilfe dieses
Regelsystems soll bei einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung die
Luftzahl lambda von 0,95—1,05 regelbar gemacht werden. Um dies zu realisieren wird die Steuerspannung
der Sauerstoffsonde einer Vergleichsstufe eingegeben, deren Ausgang am Eingang einer Integ^erstufe und
einer elektronischen Schaltungsanordnung liegt, die eine monostabile Kippstufe enthält und bei einem
Spannungssprung am Ausgang der Vergleichsstufe für eine bestimmte einstellbare Zeit, und zwar der Standzeit
der monostabiien Kippstufe, die Umschaltung der
Integrierstufe verzögert, wobei die Integrierstufe über eine elektronische Steuereinrichtung ein Stellglied zur
Veränderung des Luft/Brennstoffverhältnisses beeinflußt
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 23 51 944 ist ein Brennstoffeinspritzsystem mit einem mit einer
Benzinleitung mit konstantem Druck verbundenen elektromagnetischen Ventil und einer Recheneinheit
zum Erzeugen eines Einspritzimpulssignals zum Bestimmen der Öffnungszeit des elektromagnetischen Ventils
bekannt, wobei die Menge des Benzins durch die Recheneinheit gesteuert wird, um sie an die verschiedenen
Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors anzupassen. Dabei soll die Aufgabe gelöst werden, ein
Brennstoffeinspritzsystem mit einer Rückkopplung des Brennstoff-Luftgemisches zu schaffen, wobei die Konzentration
von Sauerstoff, der in den Abgasen enthalten ist, erfaßt werden soll, so daß die Dauer der Erregung
der elektromagnetischen Ventile in Abhängigkeit von dem gemessenen Ausgang korrigiert wird, um dadurch
den Motor mit einem vorbestimmten Brennstoff-Luftgemisch zu betreiben.
Zu diesem Zweck enthält dieses bekannte System einen Sauerstoffkonzentrations-Detektor zum Messen
der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen des Motors, einen Luft-Benzin-Verhältnis-UnterscheidungsKreis,
der mit dem Sauerstoffkonzentrations-Detektor verbunden ist, um sein Ausgangssignal mit einem
vorbestimmten Wert zwecks Unterscheidung zu vergleichen, eine Schaltung zur Erzeugung eines Probeentnahmesignals,
das eine vorbestimmte Frequenz aufweist, einen Additions- und Subtraktionsbefehlskreis,
der mit der das Probesignal erzeugenden Schaltung und dem Luft-Benzin-Verhältnis-Unterscheidungskreis verbunden
ist, um die Operation der Addition oder Subtraktion entsprechend dem Ausgangssignal des
Luft-Benzin-Verhältnis-Unterscheidungskreises jedesmal in Gang zu setzen, wenn ein Probeentnahmesigral
hierauf aufgebracht wird, einen reversiblen Zähler, dei mit dem Additions- und Subtraktionsbefehlskreis
verbunden ist, um die Operation der Addition oder Subtraktion bezüglich seiner Zählung entsprechend
dem Ausgangssignal des Additions- und Subtraktionsbefehlskreises vorzunehmen, und enthält ferner Korrekturmittel
für die Ventilöffnungsdauer, die mit dem ■s reversiblen Zähler verbunden sind, wobei die Öffnungsdauer des elektromagnetischen Ventils entsprechend
der Zählung des reversiblen Zählers gesteuert wird, um das Ausgangssignal des Luft-Benzin-Verhältnis-Unterscheidungskreises
umzukehren.
in Mit Hilfe dieses bekannten Brennstoffeinspritzsystems
kann zwar das Luft/Brennstoffverhältnis verändert werden, und zwar von dem fetten Bereich in den
mageren Bereich, jedoch nicht auf der Grundlage einer Feineinstellung und einer genauen Regelung.
ii Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
besteht darin, das Brennstoffeinspritzsystem der eingangs definierten Art derart zu verbessern, daß eine
Feineinstellung des Luft/Brennstoffverhältnisses der
Brennkraftmaschine auf einen gewünschten Wen.
möglich wird.
Ausgehend von dem Brennstoffeinspritzsystem der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß eine erste und eine zweite Einrichtung zur Einstellung der Steigung jeweils einer
von dem als asymmetrischer Integrator arbeitenden Integrator abwechselnd erzeugten, die Steuerspannung
bildenden rampenförmig zunehmenden Spannung und einer rampenförmig abnehmenden Spannung vorgesehen
ist, wobei die Steigung der zunehmenden und der
jo abnehmenden Spannung unterschiedlich ist, und daß die
Schaltereinrichtung, wenn sie auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe entsprechend der ersten Eigenschaft
des Gases anspricht, einen Eingang des Integrators an die erste Einrichtung anschaltet, und
wenn sie auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe entsprechend der zweiten Eigenschaft des Gases
anspricht, einen anderen Eingang des Integrators an die zweite Einrichtung anschaltet
■in Summenwirkung zweier Ströme und mit Hilfe einer
dem Integrator zugeordneten Kapazität
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Ansprüchen 2 bis 7.
η Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild des Systems zur Steuerung
des Luft/Brennstoffverhältnisses einer Brennkraftma-
W) schine;
F i g. 2 einen schematischen Schaltplan des Hauptabschnitts des Systems von F i g. 1;
p.'g. 3 eine Darstellung der Spannungs- und Stromwellenformen
an verschiedenen Punkten der Schaltung von Fig. 2;
Fig.4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
des Systems von Fig. 1, welches mehr für
den Betrieb entsprechend eines mageren Luft/Bre:instoffverhältnisscs
geeignet ist;
AO F i g. 5 einen schematischen Schaltplan des Hauptabschnitts
des Blockschaltbilds von F i g. 4 und
Fig.6 die Spannungs- und Stromwellenformen an verschiedenen Punkten des Stromlaufplans von F i g. 5.
Gemäß den Figuren ist anhand der Bezugszeichen in
Gemäß den Figuren ist anhand der Bezugszeichen in
b'i F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems
gezeichnet, um das Luft/Brennstoffverhältnis für eine Brennkraftmaschine 10 zu steuern. Obwohl bei dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel die verwendete Ma-
schine aus einer durch Funken gezündeten Maschine besteht, so hängt das erläuterte System nicht von dem
Mascliinentyp ab, und es läßt sich ebensogut eine kompressionsgezündete Maschine verwenden. Speziell
gelangt bei dem System gemäß F i g. 1 ein Abgasfühler 12 zur Anwendung, der in dem Abgassystem einer
Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist, um das Luft/ Brennstoffverhältnis der Brennstoffmischung zu
steuern, die dem Einlaßabschnitt der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Das System gemäß Fig. 1 besteht aus einem Abgasfühler 12, der in dem Abgassystem einer durch
Funken gezündeten Brennkraftmaschine tO angeordnet ist und ein elektrisches Signal erzeugt, welches einen
von zwei Spannungswerten in Abhängigkeit von einem Gasbestandteil in dem Abgas der Maschine erzeugt.
Dieses elektrische Signal gelangt zu einem Eingang einer Vergieichssluie i4. Der zweite Eingang der
Vergleichsstufe 14 ist mit einer Schwellenspannungs-Generatoreinrichtung 16 verbunden. Die Scliwellenspannungs-Generatoreinrichtung
16 erzeugt ein Spannungssignal zwischen den zwei Spannungswerten des Fühlers 12.
Die Ausgänge der Vergleichsstufe 14 sind elektrisch mit einer Schaltereinrichtung 18 mit einem Operationsverstärker
20, der als Differenzverstärker arbeitet, und einem Schalttransistor 22 (Fig. 2) verbunden. Die
Funktion der Schaltereinrichtung 18 besteht darin, eine der zwei Einrichtungen 24 und 26 auszuwählen und die
ausgewählte Einrichtung effektiv an den Eingang des Integrators 28 anzuschließen. Die Ausgangsgröße des
Integrators 28 besteht aus einem sich ändernden Spannungssignal, welches zu einer Einspritzsteuereinrichtung
30 gelangt, um die Betriebszeit von mehreren Brennstoffeinspritzventilen der Maschine 10 zu steuern,
so daß also die der Maschine 10 an ihrem Einlaß zugeführte Brennstoffmenge geregelt wird.
Wenn die Maschine 10 die Brennstoffmischung verbrennt, so wandert das sich ergebende Abgas durch
das Abgassystem, und der gewünschte Gasbestandteil wird durch den Abgasfühler 12 erfaßt Die Wanderzeit
zwischen dem Zylinder und dem Fühler 12 soll im folgenden als Transportverzögerung bezeichnet werden.
Das in F i g. 1 dargestellte System besteht somit aus einem Regelsystem entsprechend einer geschlossenen
Regelschleife, um ein gewünschtes Luft/Brennstoffverhältnis aufrechtzuerhalten. Der Stromlaufplan gemäß
F i g. 2 zeigt die elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen Blöcken von Fig.] vom Abgasfühler
12 über den Integrator 28. Die Wellenform des Ausgangssignals gemäß F i g. 3D aus dem Integrator 28
von Fig.2 gelangt zur Einspritzsteuereinrichtung 30
von Fig. i.
Der Abgasfühler 12 von Fig.2 erzeugt ein Signal
(F i g. 3A), das einen von zwei Spannungswerten besitzt,
so daß der erste Spannungswert, bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der obere Spannungswert 32, das
Fehlen der gewünschten Gaskomponente in dem Abgas anzeigt, welches an dem Fühler 12 vorbeistreicht. Der
zweite oder niedrigere Spannungswert 34 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt das Vorhandensein
des gewünschten Gases bzw. Gaskomponente in dem Abgas an. Bei dem Ausführungsbeispiel besteht der
Abgasfühler 12 aus einem Sauerstoffgasfühler, so daß der erste Spannungswert 32 ein fettes Luft/Brennstoffgemisch
wiedergibt, und der zweite Spannungswert 34 ein mageres Luft/Brennstoffgemisch anzeigt Die
Ausgangsspannung des Fühlers 12 schaltet zwischen den zwei Werten bei dem stöchiometrischen Luft/
Brennstoffverhältnis um, oder wie in F i g. 3 gezeigt ist, A=I. Lambda (Λ) ist definiert als die dimensionslose
Zahl, die gefunden wird, indem man das vorhandene -, Luft/Brennstoffverhältnis durch das Luft/Brennstoffverhältnis
bei stöchiometrischen Bedingungen teilt.
Die Vergleichsstufe 14 umfaßt vier Transistoren 36-39, wobei der Fahler 12 elektrisch mit einem
geerdeten Vorspannwiderstand 41 und der Basis 40 des
in ersten Transistors 36 verbunden ist, dessen Kollektor
geerdet ist, und dessen Emitter elektrisch mit der Basis des zweiten Transistors 37 verbunden ist. Der zweite
Transistor 37 besitzt einen Emitter, der elektrisch über einen Widerstand 42 mit einer Spannungsquelle 44
ι, verbunden ist und ebenso mit dem Emitter des dritten
Transistors 38, und dessen Kollektor elektrisch mit dem Invertiereingang 46 des Operationsverstärkers 20 in der
Sc'riaiierL-innuiiiung iö verbunden isi. Wie sich aus den
Weiienformen A und S der Fig. 3 entnehmen läßt, ist
jii das Signal am Ausgang des Operationsverstärkers 20 im
wesentlichen identisch mit dem Signal am Ausgang des Abgasfühlers 12; das Ausgangssignal des Operationsverstärkers
20 ist jedoch verstärkt und in eine rechteckige Form gebracht.
j-, Wie bereits an früherer Stelle angedeutet wurde, ist
der andere Eingang der Vergleichsstufe 14 elektrisch mit d.'.f Schwellenwertspannungs-Generatoreinrichtung
16 verbunden, die aus einem Spannungsteilernetzwerk aus zwei Widerständen 50 und 51 zum Erzeugen
ίο der Schwellenwerispannung besteht. Die Ausgangsgröße
des Schwellenwertspannuifg-Generators 16 ist elektrisch mit dem vierten Transistor 39 gekoppelt.
Speziell wird die Schwellenwertspannung von dem Paar der Widerstände 50 und 51 in dem Spannungsteilernetz-
i--, werk ausgewählt und wird über den vierten Transistor
39 zu Basis des dritten Transistors 38 geleitet, dessen Kollektor mit dem nichtinvertierenden Eingang 47 des
Operationsverstärkers 20 verbunden ist. Typisch liegt die Schwellenwertspannung zwischen den Werten des
Signals des Abgasfühlers 12 und bei dem gewählten Ausführungsbeispiel bedeutet die Ausgangsgröße des
Abgasfühlers 12 gleich 800 Millivolt bei einem reichen bzw. fetten Abgas und weniger als 200 Millivolt bei
einem mageren Abgas, und die Schwellenwertspannung
λ -, beträgt ca. 380 Millivolt-
Der Ausgang des Operationsverstärkers 20 ist elektrisch über einen Widerstand 52 mit der Basis des
Schalttransistors 22 verbunden, der über einen Vorspannwiderstand 53 mit Masse verbunden ist Der
so Schalttransistor 22 ist nach Art einer geerdeten
Emitterschaltung geschaltet, und wenn das Abgas reich oder fett ist, befindet sich der Transistor 22 im leitenden
Zustand, und der Schalter wird betätigt
*,·> die erforderlichen Stromgrößen Z1 und h an vorbestimmte
Eingänge des Integrators 28 in Abhängigkeit von der Qualität des Abgases, welches von dem Fühler
12 erfaßt wird, liefern. Gemäß F i g. 2 schickt die zweite
Einrichtung 26 seinen Ausgangsstrom h zum nichtinver-
bo tierenden Eingang 54 des Integrators 28, und die erste
Einrichtung 24 schickt seinen Ausgangsstrom /ι zum
invertierenden Eingang 56 des Integrators 28. Die gesamte von den zwei Einrichtungen gelieferte
Strommenge /( + h wird durch einen Spannungsteiler
58 im Basiskreis eines koDektorgeerdeten Transistors 60 in einer Generatorstromversorgung 62 gesteuert Der
Emitter des Transistors 60 ist elektrisch über einen Widerstand 64 mit der Stromversorgungsquelle 44 und
ebenso elektrisch mit einem Paar v.&n Widerständen 65
und 66 in der ersten und der zweiten Einrichtung 24 und 26 verbunden. Der erste Widerstandes ist eltktrisch mit
dem invertierenden Eingang 9S des Integrators verbunden, um den Strom /t zuzuführen, während der
zweite Widerstand 66 elektrisch mit dem Kollektor des Schalttransistors 22 verbunden isL Vom Verbindungspunk. Jes zweiten Widerstands 66 und des Kollektors
des Schalttransistors 22 geht ein veränderbarer Widerstand 70 ab, um den Strom h zuzufahren, und
dieser Widerstand führt zum nichtir.vertierenden Eingang 54 des Integrators 28. Der veränderbare
Widerstand 70 erzeugt einen einstellbaren Strombereich h für ein mageres Brennsitoffgemisch und er
ändert, wie dies noch an späterer St'.elle gezeigt werden soll, die Steigung der ansteigenden rampenförmigen
Spannung von F i g. 3D.
Gemäß F i g. 2 ist der Spannungsteiler 58 mit der Basis des Transistors 60 in der Stromversorgung 52
verbunden und steuert die Arbeitsgeschwindigkeit der
zwei Einrichtungen 24 und 26. Ein vollständig auf hohe Lastbedingungen oder hohe Luftütrömungsbedingungen
ansprechendes Steuersignal kaum von der Stromversorgung
62 in den Transistor 61) gekoppelt werden und dazu verwendet werden, die Arbeitsgeschwindigkeit
beider Einrichtungen 24 und 26 zu ändern und trotzdem die gewünschte Asymmelrie aufrechtzuerhalten,
da das Verhältnis zwischen den Strömen h und h
das gleiche bleibt. Umgekehrt kaniri bei Vorhandensein
eines Niedriglastzustandes oder einer Bedingung entsprechend einer geringen Luftströmung ein an den
Transistor 60 gekoppeltes Steuersignal dazu verwendet werden, die Arbeitsgeschwindigkeit! der beiden Einrichtungen
24 und 26 herabzusetzen, indem die gesamte Strommenge /ι + h von der Stromversorgung 62
reduziert wird. Wie bereits an früherer Stelle angedeutet wurde, steuert der Spannungsteiler 58 die Arbeitsgeschwindigkeit
der Einrichtungen 24 und 26. Der Widerstand 65 steuert die Steigung der Ausgangsgröße
des Integrators 28 beim Betrieb entsprechend einer fetten Brennttoffmischung, und die Widerstände 66 und
70, die elektrisch mit dem nichtinvcrtierenden Eingang des Integrators verbunden sind, steimern die Steigung der
Ausgangsgröße des Integrators 2H bei einem Betrieb entsprechend einer mageren Brenicistoffmischung. Darüber
hinaus ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der gesamte Widerstandswert, der elektrisch
zwischen den Emitier des Transistors 60, der Stromversorgung 62 und den invertierenden Eingang 56 des
Integrators 28 geschaltet ist, größer als die Summe der Widerstandswerte der zwei Widerstände 66 und 70, die
elektrisch mit dem nichtinvertiereinden Eingang 54 des
Integrators 28 verbunden sind. Wenn die Schaltereinrichtung
18 betätigt wird, so ist die Eingangsgröße, die
über den veränderlichen Widerstand 70 dem nichtinvertierenden Eingang 54 zugeführt wird, im wesentlichen
auf Massepotential, und k beträgt iin wesentlichen NuIL
und weiter bewirkt der stetige Strom /2 in F i g. 2, daß die
Steigung der Ausgangsgröße des Integrators 28 negativ wird
Im folgenden soll nun anhand der Fig.3 die
Betriebsweise der Schaltung gemäß Fig.2 erläutert
werden. Auf der oberen linken Seite von F i g. 3 ist eine typische Kurve 72 der Ausgangsspannung des Abgasfühlers
gezeigt und zwar für verschiedene Luft/Brennstoffverhältnisse,
ausgedrückt im Ausdrücken von Lambda »Λ«. Die Kurve 72 ist der Übersichtlichkeit
halber im Gegenuhrzeigersinn una 90° gedreht Der Spannungsschwellenwert 74, der bei der Kurve gezeigt
ist, ist für alle Fühler, ungeachtet des Alters oder der internen Eigenschaften, anwendbar und schneidet die
Kurve bei den stöchiometrischen Bedingungen oder, wie auf der Kurve gezeigt ist, bei λ = 1.
Das System gemäß den Fig. 1 und 2 ist speziell für den Betrieb der Maschine bei einem Luft/Brennstoffverhältnis
von λ = 0,995 geeignet, welches leicht gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis reicher ist
Diese Α-Bedingung stellt ein begünstigtes Luft/Brennstoffverhältnis
für katalytische Wandler dar, wie diese in Abgassystemen verwendet werden.
Gemäß der Wellenform D von Fi g. 3, die funktionell
die Ausgangsgröße des Integrators 28 wiedergibt, ist die
\b obere positive oder Auflage-Zeitkonstante wesentlich
länger als die untere, negative oder Entlade-Zeitkonstante. Die Ausgangsgröße des Integrators 28 ist somit
asymmetrisch, da die Lade- und Entladezeiten der
Wellenform D von F i g. 3 arbeitet der obere Punkt der rechteckförmigen Wellenform in der mageren Zone des
Luft/Brennstoffverhältnisses der Kurve. Unter Verwendung der horizontal verlaufenden Linie, welche
wiedergibt λ = 0,995, ist die Fläche unter den Kurven der zwei Rechtecke gleich groß, so daß man ein
mittleres Luft/Brennstoffverhältnis erhält welches niedriger ist als das stöchiometrische Luft/Brennstoffverhältnis;
oder mit λ = 0395 beträgt das Luft/Brennstoffverhältnis
weniger als 143, was nahezu das stöchiome-
)o trische Luft/Brennstoffverhältnis ist
Die Wellenform D von F i g. 3 stellt das Ergebnis der Verarbeitung des Signals dar, welches von dem
Abgasfühler 12 erzeugt wurde und durch die Schaltungsanordnung verarbeitet wurde und am Ausgang des
Integrators 28 erscheint Die Wellenform A stellt die Ausgangsspannung des Abgasfühlers 12 dar, der auf
eine Eigenschaft des Abgas ;s anspricht welches durch das System hindurch und air· Fühler 12 vorbeiströmt.
Die Wellenform B entspricht im wesentlichen der Spannungswellenform arn Ausgang des Operationsverstärkers
20 in der Schaltereinrichtung 18 und entspricht im wesentlichen der Wellenform am Ausgang des
Abgasfühlers 12, ausgenommen der erfolgten Formgebung und Verstärkung. Die Hauptfunktion des Opera-
4"i tionsverstärkers 20 besteht darin, als eine Beschleunigungs-
und Formgebungseinrichtung zu arbeiten, so daß
also dessen Ausgangsgröße bei im wesentlichen dem Schwellenwert 74 des Fühlers 12 schaltet Die
Wellenform C ist die Wellenform der Ausgangsspannung der Schaltereinrichtung 18 und stellt das Inverse
der Wellenform B dar. Befindet sich der Schalttransistor 22 im leitenden Zustand, so liegt die Spannung am Punkt
C in F i g. 2 hn wesentlichen auf Erdpotential, und der Strom /2 beträgt im wesentlich NuIL Wenn der
Transistor 22 nichtleitend ist so ist der Strom h größer
als der Strom Iy. Wenn h — 2h, dann ist die
Ausgangsgröße des Integrators 28 symmetrisch, wobei jedoch bei allen anderen Werten von h der Integratorausgang
asymmetrisch ist
Beim Betrieb der Schaltung gemäß F i g. 2 bestimmt die einem der Eingänge des Integrators zugeführte
Strommenge die Ausgangskennlinie des Integrators. Wenn der Strom k Null ist so entlädt der Strom h
effektiv die Kapazität 76. Der Stromfluß durch die Kapazität 76 erfolgt vom invertierenden Eingang 56
über die Kapazität 76 zum Ausgang des Integrators 28. Dies führt dazu, daß die Ausgangsspannung des
Integrators 28 abfällt oder eine nach unten verlaufende
rampenförmige Spannung oder Spannung mit negativer Steigung erzeugt
Wenn jedoch der Strom I1 gleich ist mit h + Δ1\, so
versucht der Integrator 28, die Eingangsströme auf Null abzugleichen, und es fließt dann der 4/|-Strom, um die
Kapazität 76 tu laden, und weiter steigt die Ausgangsspannung des Integrators an oder erzeugt eine nach
oben zu verlaufende rampenförmige Spannung oder Spannung mit positiver Steigung. Im Endergebnis fließt
der Strom ΔΙ\ vom Ausgang des Integrators 28 über die
Kapazität 76 zum Invertiereingang 56.
Die untere Wellenform von Fig.3 besteht aus einer graphischen Darstellung der Ströme /ι und h. Es läßt
sich erkennen, daß der Strom /ι immer konstant ist, und
daß der Strom h aus einem pulsierenden Strom besteht. Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß der Strom /2,
wenn er fließt, immer größer ist als der Strom /|.
ähnliche Blöcke wie in F i g. 1 bezeichnet sind. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel wird die Ausgangsgröße
der Vergleichsstufe 14 zu einer Verzögerungsschaltung 78 geführt, in welcher ein Steuerimpulssignal
für die Betätigung der Schaltereinrichtung 18 erzeugt wird. Die Verzögerungsschaltung 78 spricht auf
das von der Vergleichsstufe 14 erzeugte Signal an, wenn der Abgasfühler 12 eine Änderung des Brennstoffgemisches
von einem fetten zu einem mageren Luft/Brennstoffgemisch feststellt Gemäß der Wellenform B von
Fig.6 schaltet, wenn die Wellenform A bzw. die
Wellenform des Abgasfühlers 12 die Schwellenwertspannung 80 während eines Übergangs von einer fetten
zu einer mageren Mischung kreuzt, die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 14 von einem Spannungswert zu
einem weniger positiven Spannungswert oder nahezu auf Massepotentiai Dadurch wird der erste Transistor
82 der Verzögerungsschaltung 78 aus einem leitenden Zustand herausgetrieben, und eine Kapazität 84 erhält
die Möglichkeit, sich über ihren Ladewiderstand 86 auf
die Spannung der Stromversorgung 44 aufzuladen. Dies ist in der Wellenform C von F i g. 6 veranschaulicht
Wenn die Spannung an der Kapazität 84 sich der Versorgungsspannung nähert, treibt sie den zweiten
Transistor 88 der Verzögerungsschaltung 78 aus dem leitenden Zustand heraus, so daß dadurch die Spannung
von der Basis des Schalttransistors 90 entfernt wird. Das funktioneiie Ergebnis des Einbaus der Verzögerungsschaltung in die Schaltungsanordnung besteht darin, den
Betrieb der Maschine 10 in dem mageren Brennstofftnischungsbreich
der Kurve für eine längere Zeitperiode fortzusetzen, bevor die Brennstoffmischung in eine
fettere Mischungsrichtung verändert wird. Dies ist in der Wellenform Fvon F i g. 6 veranschaulicht wobei das
Ergebnis des Betriebes dieser Aosführungsfonn darin
besteht die Brennkraftmaschine 10 mit einer mittleren mageren Luft/Brennstoffmischung zu betreiben, wobei
gleichzeitig ,'in stöchiometrisch aktivierter Fühler 12
verwendet wird, und indem im Abstand befindliche Zeitabschnitte der Luft/Brennstoffmischung die Möglichkeit
erhalten, zum reicheren oder fetteren Bereich zu gelangen.
Bei beiden Ausführungsbeispielen, entweder gemäß F i g. 1 oder gemäß F i g. 4, und wie sich auch aus den
Ausgangswellenformen des Integrators 28 ergibt existiert eine bestimmte Zeitperiode, die als Transportverzögerung
bezeichnet ist und der Zeit entspricht, die benötigt wird, damit die in den Einlaß der Maschine 10
eingespritzte Brennstoffmenge und das resultierende Abgas den Abgasfühler erreicht, der im Abgassystem
der Maschine angeordnet ist. Wenn, insbesondere unter Hinweis auf die Wellenform D von Fig.3, die
Ausgangsgröße des Integrators 28 die stöchiometrischen Punkte schneidet, so setzt der Integrator seinen
Betrieh für eine Zeitperiode fort, bis der Fühler die
geänderte Brennstoffmischung feststellt. Diese Zeitperiode ist die Transportverzögerung und sie ist sowohl in
der Lade- als auch Entladesteigung der Integratorausgangsgröße des Systems gemäß F i g. 1 oder desjenigen
gemäß Fig.4 vorhanden. Es läßt sich somit durch Steuerung der Stromeingangsgrößen zu einem Integrator
sowohl die Lade- als auch Entladezeit der integrierenden Kapazität verändern und damit auch der
Mittelwert der Ausgangsspannung des Integrators variieren. Diese absichtliche Steuerung des Integrators
führt zu einer Änderung der Eigenschaften des Integrators von einem symmetrischen zu einem
asymmetrischen Integrator. Durch richtige Steuerung läßt sich irgendeine gewünschte mittlere Brennstoff/
Luftmischung bzw. -verhältnis unter Verwendung eines Fühlers erreichen, der eine stufenförmige Ausgangscharakteristik
bei nur einem bevorzugten Luft/Brennstoffverhältnis,
wie dem stöchiometrischen Verhältnis besitzt
stern für eine Brennkraftmaschine, wobei das System einen stöchiometrisch ansprechenden Gasfühler im
Abgassystem verwendet der ein elektrisches Signal an einen asymmetrischen Integrator liefert und wobei
dieses System das gewünschte Luft/Brennstoffverhältnis für die Maschine steuert Mit Hilfe dieses Systems
läßt sich ein Luft/Brennstoffverhältnis aufrechterhalten, weiches geringfügig reichhaltiger oder fetter ist als das
stöchiometrische Verhältnis für eine optimale katalytische Konverterbetriebsweise. Für jedes magere Luft/
Brennstoffverhältnis tritt in dem System eine Verzögerungsschaltung in Tätigkeit, um die Zeit fortzusetzen,
während welcher die Brennstoffmischung sich in einem mageren Zustand befindet bevor die Mischung
kontroUierbar in eine fette Mischung entsprechend der
Claims (7)
1. Brennstoffeinspritzsystem in Form einer geschlossenen
Schleife für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem elektrisch betätigten Brennstoffeinspritzventil
für die Brennstoffeinspritzung in die Maschine, einem Steuersystem, welches auf die
Zusammensetzung des Abgases in dem Abgassystem der Maschine anspricht, um das Luft/Brennstoffverhältnis
der der Maschine mit einer Steuerspannung zugeführten Brennstoffmischung zu regeln,
mit einer Einspritzsteuereinrichtung, die auf die Steuerspannung des Steuersystems zur Steuerung
der Betriebszeit des Brennstoffeinspritzventils anspricht,
wobei das Steuersystem folgende Einrichtungen enthält: einen im Abgassystem der Brennkraftmaschine
angeordneten Abgasfühler, der auf einen Bestandteil der Abgase anspricht, um ein
Signal mit einem ersten Spannungswert zu erzeugen, der eineeiste Eigenschaft des Gases wiedergibt und
um ein Signal mit einem zweiten Spannungsweit zu
erzeugen, welches eine zweite Eigenschaft des Gases anzeigt; eine eine Schwellenwertspaniiung
erzeugende Einrichtung zum Vorsehen eines Signals mit einem zwischen dem ersten und dem zweiten
Spannungswert liegenden Spannungspegel; eine Ysrgleichsstufe zinn elektrischen Vergleich des
Signals des Abgasfühlers mit dem Signal aus der die Schweilenwerlspannung erzeugenden Einrichtung,
die ein Ausgangssignal als Ergebnis des Vergleichs erzeugt; er>en der Vergleichsstufe zugeordneten
Integrator, der die Steuerspannung erzeugt, und eine auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe ansprechende
Schaltereinrichtuflg, dadurch gekennzeichnet,
daß eine erst«: und eine zweite Einrichtung (24, 26) zur Einstellung der Steigung
jeweils einer von dem als asymmetrischer Integrator arbeitenden Integrator abwechselnd erzeugten,, die
Steuerspannung bildenden rampenförmig zunehmenden Spannung und einer rampenförmig abnehmenden
Spannung vorgesehen ist, wobei die Steigung der zunehmenden und der abnehmenden
Spannung unterschiedlich ist, und daß die Schaltereinrichtung (18), wenn sie auf das Ausgangssignal der
Vergleichsstufe (14) entsprechend der ersten Eigenschaft des Gases anspricht, einen Eingang des
Integrators (28) an die erste Einrichtung (24) anschaltet, und wenn sie auf das Ausgangssignal der
Vergleichsstufe (14) entsprechend der zweiten Eigenschaft des Gases anspricht, einen anderen
Eingang des Integrators (28) an die zweite Einrichtung (26) anschaltet.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vom Abgasfühler (12) erzeugte
Spannungswert ein fettes Luft/Brennstoffgemiisch
anzeigt, und daß der zweite vom Abgasfühler '(12) erzeugte Spannungswert ein mageres Luft/Brennstoffgemisch
anzeigt, und daß die Ausgangsspannung des Fühlers bei der stöchiometrischen Luft/
Brennstoffmischung schaltet bzw. springt.
3. System nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (28) einen Operationsverstärker
enthält, der einen ersten Signalstrom von der ersten Einrichtung (24) an seinem invertierenden
Eingangsanschluß (56) empfängt, und der einen zweiten Signalstrom von der zweiten Einrichtung
(26) an seinem nichtinvertierenden Eingangsanschluß (54) empfängt und bei dem zwischen dem
invertierenden Eingangsanschluß (56) und seinem Ausgangsanschluß (D) eine Integrierkapazität (76)
geschaltet ist, derart, daß der erste Signalstrom ein
entladendes Ausgangssignal und der zweite Signalstrom ein aufladendes Ausgangssignal erzeugt
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Signalstrom größer ist als der
erste Signalstrom.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des zweiten Signaltstroms
verschieden ist von zweimal der Größe des ersten Signalstroms, um dadurch ungleiche Lade- und
Entladezeitkonstanten vorzusehen, so daß die Ausgangsspannung des Integrators (28) asymmetrisch
ist
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltereinrichtung (18) einen Schalttransistor
(22) enthält der auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (14) anspricht und der die
Ausgangsgröße der zweiten Einrichtung (26) elektrisch erdet oder mit Masse verbindet
7. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß eine Verzögerungsschaltung (78) elektrisch
an die Vergleichsstufe (14) angeschaltet ist und auf das Ausgangssignal derselben anspricht, um eine
Änderung von einer fetten nach einer mageren Lsjft'Brennstoifmischung anzuzeigen, und um einen
Steuerimpuls mit einer Zeitdauer zu erzeugen, die proportional ist zum gewünschten mageren Luft/
Brennstoffverhältnis, daß die Schaltereinrichtung (18) auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (14)
anspricht wenn diese eine Änderung von einer mageren nach einer fetten Brennstoffmischung
anzeigt um den einen Eingang des Integrators (28) auf die erste Einrichtung (24) zu schalten, und die auf
den Steuerimpuls der Verzögerungsschaltung (78) anspricht, um die erste Einrichtung (24) elektrisch
mit dem Eingang des Integrators während der Zeitdauer des Steuerimpulses, verbunden zu halten,
und um dann den Eingang des Integrators (28) auf die zweite Einrichtung (26) umzuschalten.
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