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und steuert eine nachgeschaltete Steuerschaltung so an, daß
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bei der Möglichkeit des Auftretens starker Regelschwingungen die Zeitkonstante
der Regelung größer gewählt werden kann.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies durch Zuschalten
eines weiteren Widerstandes zu dem Widerstandssystem, welches im Inteqrator der
Regelschaltung die Zeitkonstante bestimmt.
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Stand der Technik Die Frfindung geht aus von einer Vorrichtung zur
Verhinderung von Regelschwingungen bei einer Kraftstoffeinspritzanlage, insbesondere
im Leerlaufbetrieb, bei der mit hilfe einer A-oder Sauerstoffsonde im Abgaskanal
die Gemischzusammensetzung erfaßt und als eine die Menge des der Brennkraftmaschine
zugeführten Kraftstoffs beeinflussende Istwergröße verwendet wird, mit einer der
a-Sonde nachgeschalteten Komparator schaltung, die die Ausgangsspannung der Sonde
mit einer Schwellwertspannung vergleicht und mit einer Integratorschaltung, deren
Integriergeschwindigkeit die Zeitkonstante der Regelung zumindest mitbestimmt. Die
Verwendung von sogenannten A-Sonden oder auch Sauerstoffsonden im Abgaskanalbereich
einer Brennkraftmaschine zur Ermittlung des Istwerts des der Brennkraftmaschine
zugeführten Kraftstoff--Luftgemisches ist bekannt; mit IIilfe einer solchen A-Sonde
kann die Kraftstoffeinspritzanlage zusammen mit der Brennkraftmaschine als Regelsystem
angesehen werden, bei dem die Brennkraftmaschine die Regelstrecke und die Rraf tstoff
einspritzan lage den Regler bildet, der von der A-Sonde ein Ausgangssiqnal zugeführt
erhält, welches als Istwert ausgewertet werden kann. Die Sollwerte für die Menge
des zuzuführenden Kraftstoffs bestimmen sich allgemein aus der Drehzahl und der
von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge. Dabei sind Kraftstoffeinspritzanlagen
bekannt, die den
I;raftstoff intermittierend oder auch kontinuierlich
den Brcnnraumen oder dem Ansaugkanalbereich der Brennkraftmaschine zuführen; die
Erfindung eignet sich für jede Art einer Kraftstoffeinspritzanlage. Als Problem
bei einer solchen Regeluilq hat sich der Umstand ergeben, daß üblicherweise die
Zeitkonstante der #-Regelung so eingestellt wird, daß die Abgasergebnisse möglichst
gut sind, d.h. die Zeitkonstante der Regelung ist relativ klein, damit möglichst
umqehend auf Betriciiszus tands;inderungen reagiert werden kann. Andererseits kann
dies alter dazu fifliren, daß insbesondere bei einem qrößeren Regelhub der Motor
im Leerlauf sägt, d.h. daß periodisehe Brehzahländerungen auftreten, die darauf
zurückzuführen sind, daß bei dem beschriebenen Regelsystem die Motorzeitkonstante
nicht konstant ist, sondern insofern drehzahlabhängig, als sich bei relativ niedrigen
Drehzahlen, beispielsweise im Leerlauf, die Motorzeitkonstante vergrößert, was auf
den langsameren Durchsatz zurückzuführen ist. Eine solche Vergrößerung der ;'otortotzeit
führt jedoch zu starken Regelschwingungen, wenn nicht die Zeitkonstante der Regelung
im Leerlauf entsprechend angepaßt wird.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Iiauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß im Leerlaufbereich
die Zeitkonstante so verändert werden kann, daß auch bei sich ändernder Motorzeitkonstante
Regelschwingungen im wesentlichen verhindert werden. Dabei ist besonders vorteilhaft,
daß keine sonstigen mechanischen Verbindungen etwa zum Drosselklappenschalter oder
zusatzliche Leitungen für die elektronischen Steuergeräte erforderlich sind, da
die Erfindung auf der Erkenntnis basiert, daß der Abstand zweier Nulldurchgänge
der Sondenspannung als Maß für die Totzeit der Brennkraftmaschine ausgewertet werden
kann. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung ist mit relativ geringem
Aufwand zu realisieren und verhindert zuverlässig das Auftreten von Regelschwingungen
bei hestimmten Betriebszuständen, wobei beliebige Anpassungen an unterschiedliche
Regelsysteme möglich sind.
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Durch die in den Unter ansprüchen auf geführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Ifauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 den detaillierten Schaltungsaufbau und Figur 2a bis 2e Kurvenverläufe von Spannungen
an bestimmten Schaltungspunkten der Schaltungsanordnung nach Figur 1.
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Beschreibung der Erfindung In Fig. 1 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel
einer Schaltungsanordnung dargestellt, die unter hestimmten Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine die Zeitkonstante der Regelschaltung für die Zumessung der
Kraftstoffmenge ei der Gemischbildung so verändert, daß Regelschwingungen unterdrückt
werden können.
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Wie eingangs schon kurz erwähnt, bildet die Gesamtheit aus Brennkraftmaschine,
Kraftstoff einspritzanlage und ;1 -Sonde ein Regelsystem, bei dem die Brennkraftmaschine
oder der Motor die Reoelstrecke darstellt, die Kraftstoffeinspritzanlage den Regler
und die A-Sonde einen Sensor, der so ausgebildet ist, daß er eine Istwertgröße erzeugen
kann, die ein Maß ist für
die Zusammensetzung des der brennkraftmaschine
zugeführten Kraftstoff-Luftgemisches bzw. für dessen Luftzahl #.
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Bei einem solchen Regelsystem treten eine Vielzahl von Zeitkonstanten
auf, nämlich einmal die Zeitkonstante der Regelstrecke selbst, die beispielsweise
als das Zcitintervall definiert werden kann, welches vergeht, bis eine eingangsseitige,
also vom Stellglied durchgeführte Änderung in der Gemischzusanmensetzung als Istwertänderung
von der A-Sonde erfaßt werden kann. Dieses Zeitintervall wird im folgenden als Totzeit
der Brennkraftmaschine bezeichnet und ist abhängig von jeweiligen Betriebszustand
dieser Brennkraftmaschine, denn, wie leicht einzusehen, ist diese Totzeit relativ
groß dann, wenn der Durchsatz durch die flrennkraftmaschine gering ist, wie dies
im Leerlauf der Fall ist. Im Leerlaufbetrieb macht sich also eine Änderung der eingangsseitigen
gemischzusammensetzung relativ spät als von der i)-Sonde erfaßbare Änderung in der
Abclas zus ammens etzun bemerkbar und daher ist es möglich, daß die Totzeit der
Brennkraftmaschine in die Größenordnung der normalen Regelzeitkonstante gelangt
oder sogar größer als diese wird. In diesen Fall. läuft die Regelung dem Motorverhalten
sozusagen hinterher, wodurch es, insbesondere bei grißcrem Regelhub, zu periodischen
Zinderungen der der J3rennkraftmaschine zuqeführten Kraftstoffmenge kommt, was sich
in periodischen Drehzahländerungen im Leerlauf bemerkbar macht.
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Eine solche zyklische Brehzahlerhöhung und Drehzahlverringerung im
Leerlauf wird üblicherweise auch als Sägen des Motors be zeichnet.
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Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung besteht aus mehreren Teilschaltungen,
nämlich einer Vergleichs- oder Komparatorschaltung 1, einer nachgeschalteten Zeitschaltung
2, einer Steuerschaltung 3 und einer von der Steuerschaltung 3 angesteuerten
Endstufenschaltung
4, die so ausgebildet ist, daß si< durch ihr Schaltverhalten die Regekzeitkonstante
beeinflussen kann.
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Da die Totzeit der Regelstrecke, nämlich der Brennkraftmaschine ftir
bestimmte Betriebszustände nicht geändert werden kann, löst die Erfindung das Problem
der betriebszustandabhängigen Totzeit in der Weise, daß die Weitkonstante der Regelung
dann größer gewählt wird, wenn es bei bestimmten Betriebszuständen zu starken Regelschwingungen
zu kommen dreoht. An sich ist es diesem Zusammenhang nicht erforderlich, auf den
Regler, d.h. Kraftstoffeinspritzanlage im einzelnen einzugehen, da sie nicht Gegenstand
vorliegender Erfindung ist; en wird aber darauf hingewiesen, daß die Karftstoffeeinspritzanlage
einen Integrator aufweist, dessen Integriergeschwindigkeit für die Regelzeitkonstante
maßgehend ist. Der Integrator ist in der Darstellung der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen
5 versehen und als allgemeines Blockschaltbild dargestellt; die Zeitkonstante des
Integrators bestimmt sich im angegebenen Fall durch eine Widerstandkombination der
Widerstände R0 und R1, wobei dann, wenn beide Widerstände in Reihe geschaltet auf
den Integrator einwirken, die Zeitkonstante ersichtlich größer ist. Man kann sich
dies in Form eines Beispiels in der Weise verdeutlichen, daß man annimmt, daß im
Integrator mindestens ein zeitbestimmendes Glied, beispielsweise ein Kondensator
angeordnet ist, der über die Reihenschaltung der Widerstände R0 und R1 aufgeladen
und gegebenenfalls wieder entladen wird. Die zeitkonstante dieser Umladervorgänge
wird umso größer sein, je größer der Widerstandwert einer solchen Reihenschaltung
ist. Daher kann schon sofort gesagt werden, daß im Normalbetrich, also wenn keine
Regelschwingungen zu erwarten sind, der Widerstand R0 entfernt, nämlich durch die
parallel geschaltete Kollektor-Unmittelstrecke des Translators T4 kurzgescchlossen
ist. Der Translator T4 ist daher im Normalbetrieb
leitend, da
seine Basis über den Widerstand R2 mit beim Ausführungsbeispiel positiver Versorgungsspannung
verbunden ist, sofern der Schaltungszustand des Transistors T3 diese Verhältnisse
sicht anders bestimmt, denn der Widerstand P2 ist gleichzeitig der Kollektorwiderstand
des Transistors T3.
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Da es erforderlich ist, die Totzeit der Regelstrecke zu ermitteln
und mit der bekannten Regelzeitkonstante des Systems zu vergleichen und aus dem
Vergleich entsprechende Schlüsse hinsichtlich zu treffender Schaltungsmaßnahmen
zu zichen, ist zunächst eine Eingangsstufe oder Zeitschaltung 2 vorgesehen, die
zur Ermittlung der Totzeit des Motors dient.
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Entsprechend einem wesentlichen Merkmal der Erfindung geht diese davon
aus, daß der Abstand von zwei Durchgängen der Ausgangsspannung der #-Sonde ein Maß
ist für die Totzeit der Regelstrecke. In Fig. 1 ist die #-Sonde oder Sauerstoffsonde
mit dem Bezugszeichen 10 versehen; sie ist so ausgebildet, daß sie ausgangsseitig
eine Sondenspannung Us zur Verfügung stellt, die einer Sprungfunktion ähnelt und
bei magerem Gemisch zahlenmäßig etwa 100 mV und bei fettem Gemisch etwa 900 mV beträgt.
Der #-Sonde 10 ist ein Komparator 11 nachgeschaltet, der die Ausgangsspannung der
Sonde mit einer festen oder veränderlichen Schwellwertspannung vergleicht, die durch
die Spannungsteilerschaltung der Widerstände R4 und R5 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
erzeugt wird. Der Komparator 11 ist als Operationsversträker ausgebildet und leifert
an seinem Ausgang die in Fig. 2a schematisch dargestellte Impulsfolge.
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Mit der Ausgangsspannung des Komparators wird eine nachgeschaltete
monostabile Kippstufe 2 getriggert, deren Standzeit der
Totzeit
der Brennkraftmaschine entspricht, bei welcher die Zeitkonstante des Regelsystems
umgeschaltet werden soll, damit Regelschwingungen vermieden werden. nie monostabile
Kippschaltung ist als sogennanter Sparmono aufgebaut und besteht aus einem Transistor
T1, dessen Emitter unmittelbar mit Masse oder Minusleitung und dessen Kollektor
über einen Widerstand R6 mit Plus leitung verbunden ist. Es ist eine .3asisspannungsteilerschaltung
vorgesehen, die aus der Reihenschaltung eines einstellbaren Widerstandes 17, einer
für positive Spannungen in Flußrichtung gepolten Diode D1 und eines weiteren Widerstandes
R8 besteht, wobei die Basis an den Verhindungspunkt der Kathode der Diode D1 und
des Widerstandes R8 anqeschlossen ist. Die Teiler schaltung wird vom Ausgang des
Komparators 11 angesteuert über einen Kondensator C1, der mit der Anode der Diode
D1 und dem entsprechneden Anschluß des Widerstandes R7 verbunden ist.
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Dem Sparmono ist die Steuerschaltung nachgeschaltet, die aus einem
Transistor T2 in üblicher Schaltung mit Kollektorwiderstand R10 und Basisahleitwiderstand
111 besteht, wobei der Kollektor über eine für positive Spannungen in Flußrichtung
gepolte Diode D2 mit der Basis eines nachgeschalteten Transistors T3 verbunden ist,
gegebenenfalls über einen Basiswiderstand R12. Am Verbindungspunkt des Basiswiderstandes
R12 mit der Kathode der Diode D2 ist ein weiterer Kondensator C2 gegen Masse geschaltet.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird im folgenden anhand der Kurvenverläufe
der Figuren 2a bis 2e erläutert. Es ist schon erwähnt worden, daß die Standzeit
der monostabilen Kippstufe 2 so eingestellt ist, daß sie der Totzeit der Brennkraftmaschinc
entspricht, die gerade noch hingenommen werden kann oder bei der zur Vermeidung
von Regelschwingungen auf ein größcre
Totzeit umgeschaltet werden
soll. Wie ersichtlich ist der Transistor T1 der Kippstufe 2 (wenn der Schaltung
keine Triggerimpulse zugeführt werden) über die Basisspannungsteilerschaltung R7,
D1, R8 leitend, was dem stabilen Zustand der Kippschaltung entspricht. Die Kippschaltung
wird über die negativen Flanken der Komparatorausgangsspannung jeweils in ihren
monostabilen oder astahilen Zustand gekippt, da die negative Ladung auf dem Kondensator
C1 die Diode D1 sperrt und der Transistor T1 daher über den Widerstand R8 gesperrt
wird.
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Nach Abbau der negativen Ladung über den Widerstand R7, der einstellbar
ist, gelangt der Transistor T1 wieder in seinen leitenden Zustand.
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Zum besseren Verst:indnis des Funktionsablaufs der Schaltung der Fig.
1 wird auf die weitcr vorn schon getroffene Feststellung rückgegriffen, daß im Normalbetrieb,
wenn also die Zeitkonstante der Regelung ausreichend groß gegenüher der Totzeit
des rotors ist, der Transistor T4 leitend ist. Daher muß in diesen Fällen der Transistor
T3 gesperrt sein, was nur möglich ist, wenn der Transistor T2, der diesen ansteuert,
leitend ist.
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Dem Kurvenverlauf der Fig. 2b läßt sich als Zeitdauer To die Standzeit
der monostabilen Kippstufe 2 entnehmen. Solange die Stand zeit größer als der Abstand
zweier Nulldurchgänge der Sondenspannung ist, die dem Verlauf der Rompar.torausgangsspannung
entsprechend Fig. 2a entspricht, triggert die Ausgangsspannung des Komparators den
Sparmono 2 immer rechtzeitig wieder, so daß dieser in seinem astabilen Zustand gehalten
wird. Im einzelnen geschieht hierbei folgendes. Während des positiven llalbzyklus
der Komparatorausgangsschwingung, also von tl bis t2 ist der transistor T1 selbstverständlich
ohnehin leitend und sein Kollektorausgangspotential, welches dem Kurvenverlauf der
Fig. 2h entspricht, liegt im wesentlichen auf
Massepotential. Während
dieses Zeitraums hält das positive Komparatorausgangssignal den Transistor T2 über
die Diode D3 in seinem leitenden Zustand, so daß in der Folge T3 gesperrt ist und
T4 leitend und daher lediglich der Widerstand R1 als zu berücksichtigender Zeitkonstantenbestandteil
aufrechterhalten wird. Während des negativen Halbzyklus der Komparatorausgangsspannung
vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 ist der Transistor T1 in seinem Sperrzustand
getriggert und der Sparmono 2 befindet sich in seinem astabilen Zustand. Die Diode
D3 sperrt, der Transistor T2 wird jedoch weiter leitend gehalten über die Diode
n4, die der nasis des Transistors T2 über den Widerstand R10 positives Potential
vom Kollektor des Transistors T1 zuführt.
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Dauert jedoch der negative Halbzyklus der Komparatorausgangsspannung
vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t6 und ist er daher länger als die Standzeit
To des Sparmonos 2, die sich aus To=C1.R7 ergibt, dann kippt der Sparmono 2 in seinen
Normalzustand (Transistor T1 leitend) zuriick und die Diode n4 sperrt.
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Da wegen des noch für den Zeitraum t5 bis t6 andauernden negativen
Halbzyklus der Komparatorausgangsspannung der Transistor T2 auch über die Diocle
D3 nicht leitend gehalten werden kann, sperrt der Transistor T2 für den Zeitraum
t5 bis t6 und an seinem Kollektor ergibt sich eiii positiver Spannungssprung entsprechend
den Kurvenverlauf der Fig. 2c. Es kommt t zil einer raschen Aufladung des Kondensators
C2 über die Diode D2, die bei gesperrtem Transistor T2 leitend ist, daher leitet
auch der Transistor T3 und legt die Basis des nachgeschalteten Transistors T4 so
stark auf negatives Potential, daß dieser Transistor T4 sperrt und sicli die Zeitkonstante
der Regelung um die Summe des Widerstandes R0 vergrößert, da nunmehr der Widerstand
R0 zu dem Widerstand R1 in Reihe geschaltet ist. Die Entladezeit des Kondensators
C2 ist so ausgelegt, daß der Transistor
T3 ständig leitend bleibt,
wenn am Kollektor des Transistors T2 weitere positive Impulse entstehen, d.h. wenn
die Totzeit der Brennkraftmaschine weiterhin größer ist als die voreiiigestellte
Standzeit T0 des Sparmonos. Auf diese Weise bleibt der wirksame Widerstand R=R0+R1
solange erhalten, bis schließlich die Standzeit der monostabilen Kippstufe T0 wieder
größer als die Totzeit TTOT wird und der Transistor T4 wieder leitet. Die Spannung
am Kondensator C2 ist als Kurvenverlauf der Fig. 2d aufgetragen, während der Kurvenverlauf
der Fig. 2e die Spannung an Kollektor los Transistors T3 angibt.
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L e e r s e i t e