DE2651340C2

DE2651340C2 - Zusatzluft-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2651340C2
Application number: DE2651340A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Okazaki Hattori; Takamichi Gamagori Nakase; Hiroaki Aichi Yamaguchi
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1975-11-11
Filing date: 1976-11-10
Publication date: 1982-05-19
Also published as: US4077207A; DE2651340A1; JPS5259225A; JPS6014183B2; GB1547916A

Description

Die Erfindung betrifft ein Zusatzluft-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgrades bei abgasemissionsgeregelten Brennkraftmaschinen bzw. zur Gewährleistung einer optimalen Reinigungswirkung der hierbei meist verwendeten Abgasreinigungskatalysatoren muß entweder das Luft/Brennstoff-Verhältnis des einer Brennkraftmaschine zugeführten Ansauggemisches stets korrekt eingestellt sein oder dem Abgasreinigungskatalysator eine in geeigneter Weise geregelte Zusatzluftmenge zugeführt werden.

Bei einem aus der DE-OS 22 04 192 bekannten Verfahren dieser Art zur Abgasreinigung bei Vergaser-Brennkraftmaschinen wird der Sauerstoffgehalt der

JO Abgase von einem O2-Meßfühler gemessen und dem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine über einen Bypaßluftkanal und ein darin befindliches Bypaßventil eine in Abhängigkeit von der Abgasmessung geregelte Zusatzluftmenge zugeführt. Bei dieser Regelung wird

J5 über einen Stellmotor eine Grundverstellung des Bypaßventils in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgenommen, während eine Zusatzverstellung in alleiniger Abhängigkeit von dem ermittelten Sauerstoffgehalt der Abgase erfolgt.

Im einzelnen wird hierbei einem über einen Nachlaufregler mit dem Stellmotor verbundenen und als Integralregler ausgebildeten Regelverstärker über einen ersten Eingang ein einstellbarer Sollwert des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, über einen zweiten Eingang das Ausgangssignal des 02-Meßfühlers und über einen dritten Eingang das Ausgangssignal eines mit dem Gaspedal verbundenen Weggebers bzw. Potentiometers und/oder eines Drehzahl-Meßfühlers zugeführt.

Das Ausgangssignal des O2-Meßfühlers bestimmt lediglich die Antriebsrichtung des Stellmotors und damit die Verstellrichtung des Bypaßventils, während über den Gaspedal-Weggeber und/oder den Drehzahl-Meßfühler die Änderungsgeschwindigkeit des von dem Regelverstärker abgegebenen Integralsignals und damit der jeweiligen Antriebszeitpunkt des Stellmotors beeinflußbar ist. Antriebsrichtung und Antriebszeitpunkt des Stellmotors und damit Verstellrichtung und Verstellzeitpunkt des Bypaßventils hängen hierbei von einem Vergleicher des Ausgangssignals eines die Ist-Stellung des Bypaßventils ermittelnden Drehwinkelgebers mit dem auf der Basis der Ausgangssignale des 02-Meßfühiers und des Gaspedal-Weggebers und/oder Drehzahl-Meßfühlers bestimmten und die jeweilige

f>5 Soll-Stellung des Bypaßventils bezeichnenden Integralsignal des Regelverstärkers ab, wobei dieser Vergleich von dem mit dem Bypaßventil verbundenen Nachlaufregler durchgeführt wird. Hierdurch soll die Verzugszeit

bzw. Totzeit des Regelkreises unabhängig vom Luftdurchsatz im Ansaugrohr möglichst niedrig gehalten werden.

im wesentlichen wird durch eine solche Regelung jedoch nur erreicht, daß bei großem Luftdurchsatz bzw. weit geöffnetem Drosselventil eine frühzeitigere Verstellung des Bypaßventils erfolgt, während bei geringer Drosselklappenöffnung die Verstellung des Bypaßventils weiterhin mit erheblicher Verzögerung erfolgt. Insbesondere im unteren Teillastbereich, in dem ι ο Drehzahl und Ansaugluftmenge gering sind, tritt aufgrund der Eigenheiten eines Integral-Regelsystems eine erhebliche Totzeit auf, die in einem solchen Betriebsbereich zu Regelschwankungen bei der Ansauggemischbildi'ng führen kann, welche insbesondere eine katalytische Abgasreinigung nachteilig beeinflussen und darüber hinaus Fehlzündungen und einen Leistungsabfall der Brennkraftmaschine mit der Folge eines unruhigen Laufs verursachen.

Weiterhin ist aus der DE-OS 23 60 621 ein Ansauggemisch-Regelsystem für eine Vergaser-Brennkraftmaschine bekannt, bei dem einem üblichen Vergaser ein Bypaßluftkanal zur Zuführung von Zusatzluft zugeordnet ist, in dem sich ein Luftregelventil und ein Magnetventil befinden. Das Luftregelventil wird über einen Membranfühler in Abhängigkeit von Ansaugunterdruck verstellt, während das Magnetventil ein reines Schaltventil ist, dessen Schaltstellung von Impulsen gesteuert wird, deren Dauer von dem Ausgangssignal eines dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausge- *o setzten Ch-Meßfühlers und deren Periode von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängen. Hierdurch soll eine von Umgebungsbedingungen, Brennstoffzusammensetzung und dergl. weitgehend unabhängige Ansauggemischregelung bei Vergaser-Brennkraftma- J) schinen erreicht werden. Aufgrund der Verwendung eines derartigen Schaltventils erfolgt die Zusatzluftzufuhr jedoch mit Unterbrechungen, was eine ungleichmäßige Regelung und damit einen unruhigen, in der Praxis unzufriedenstellenden Lauf der Brennkraftmaschine zur <o Folge hat. Darüber hinaus läßt sich aufgrund der starken Regelschwankungen keine wirksame katalytische Abgasreinigung erzielen, die nur innerhalb eines recht engen Regelbereichs mit hohem Wirkungsgrad durchführbarist.

Darüber hinaus ist bei einem Regelsystem der eingangs genannten Art (DE-OS 26 46 695) auch bereits vorgeschlagen worden, das Bypaßventil in einer vom Ausgangssignal eines Abgas-Meßfühlers abhängigen Verstellrichtung in Zeitintervallen mit jeweils einer ω Ventil-Antriebszeit und einer Ventil-Stillstandszeit kontinuierlich zu betätigen, wobei die Ventil-Antriebszeit betriebsparameterabhängig veränderbar ist. Hierdurch läßt sich das allgemeine Ansprechverhalten des Regelkreises zwar erheblich verbessern, jedoch wird ^rfi der in bezug auf Regelschwankungen maßgeblichen Verzugszeit im Regelkreis zwischen dem Auftreten von Änderungen des Luft/Brennstoff-Ansauggemischverhältnisses und deren Auswirkung auf die Abgaszusammensetzung keine spezielle Beachtung geschenkt. to

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zusatzluft-Regelsystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art derart auszugestalten, daß Regelschwankungen bei der Zusatzluftzufuhr in sämtlichen Lastbereichen einer Brennkraftmaschine minimal t>> gehalten werden können und eine einem Inlegral-Regelsystem überlegene Regelcharakteristik erzielt wird.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst

Erfindungsgemäß wird somit das Bypaßventil fortlaufend in einer vom Ausgangssignal eines Abgas-Meßfühlers abhängigen Richtung jeweils bis zu einer Signalumkehr des Meßfühlersignals verstellt, woraufhin die Verstellung bis zur nächsten Signalumkehr in entgegengesetzter Richtung erfolgt usw. Hierbei wird der zur Verstellung des Bypaßventils meist verwendete Stellmotor im Rahmen eines kontinuierlichen Regelvorganges periodisch abwechselnd angetrieben und wieder zum Stillstand gebracht, was zur Folge hat, daß der öffnungswinkel des Bypaßventils während der jeweiligen Antriebsphase sprungartig verstellt und während der Stillstandsphase aufrechterhalten wird. Die Ventil-Antriebszeit oder die Ventil-Stillstandszeit werden in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Verzugszeitdetektors exakt gesteuert, wodurch sich eine optimale Regelanpassung an den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine erzielen läßt, da die Antriebsgeschwindigkeit des Bypaßventils dem ermittelten Verzugszeitfaktor genau angepaßt werden kann. Durch diese genaue Anpassung wird ein sehr enger Regelbereich erhalten, der erhebliche Schwankurgen der Regelgröße, wie sie insbesondere bei einem Integral-Regelsystem im unteren Teillastbereich einer Brennkraftmaschine auftreten, weitgehend verhindert.

Das im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine eingestellte Luft/Brennstoff-Ansauggemischverhältnis kann somit im wesentlichen konstant auf einem gewünschten bzw. vorgegebenen Optimalwert gehalten werden, wodurch sich ein hervorragender Wirkungsgrad bei der katalytischen Abgasreinigung erzielen und das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs aufgrund des ruhigen Laufs eine' derart geregelten Brennkraftmaschine verbessern lassen. Da keinerlei Stellungsgeber zur Ermittlung der jeweiligen Stellung des Bypaßventils erforderlich sind, sondern dessen Verstellung kontinuierlich in einfacher Abhängigkeit von den jeweiligen Inversionen des Abgas-Meßfühlersignals erfolgt, weist das erfindungsgemäße Zusatzluft-Regelsystem darüber hinaus einen sehr einfachen Aufbau auf.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines Ausführungsbeispiels des Zusatzluft-Regelsystems,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der elektronischen Steuerschaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schaltplan der Steuerschaltung gemäß Fig. 1.

F i g. 4 einen Signal- bzw. Impulsplan zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Steuerschaltung gemäß Fig. 3,

Fig. 5A und 5B Signal- bzw. Impulspläne zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Zweirichtungsschieberegisters gemäß F i g. 3,

F i g. 6 die Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge und der Verzugszeit des Regelkreises,

Fig. 7 ein Schaubild, das die Wirkungsweise des Zuo'Uzluft-Regelsystems gemäß Fig. 1 veranschaulicht, und

Fig. 8 die Ausgangssignalkennlinie des Abgas-Meßfühlers gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1, in der das gesamte Zusatzluft-Regel-

systems schematisch dargestellt ist, ist die mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Brennkraftmaschine ein üblicher Viertakt-Ottoinotor, dem mittels eines Vergasers 2 über eine Ansaugleitung 3 ein Luft/Brennstoff-Ansauggemisch zugeführt wird. Der mit einem Hauptdurchlaß ausgestattete Vergaser 2 weist die übliche Bauart auf und ist derart eingestellt, daß er ein Ansauggemisch bildet, welches, verglichen mit dem von der Brennkraftmaschine 1 benötigten Luft/Brennstoff-Verhältnis, ein wenig angereichert ist.

Das Abgassystem der Brennkraftmaschine 1 weist eine Abgasleitung 4 und einen katalytischen Dreifach-Konverter 5 auf, wobei in der Abgasleitung 4 ein Abgas-Meßfühler 6 angebracht ist, der durch Verwendung eines Metalloxyds wie Zirkondioxyd oder Titandioxyd den Gehalt an Sauerstoff in den Abgasen feststellt. Wenn z. 8. Zirkondioxyd bei dem Abgas-Meßfühler 6 verwendet wird, was in Fig.8 dargestellt ist, arbeitet der Abgas-Meßfühler 6 im Bereich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses, so daß er bei Erfassung eines im Vergleich zu dem stöchiometrischen Wert 1 fetten Luft/Brennstoff-Verhältnisses eine zwischen 80 mV und 100 mV liegende EMK abgibt, während die sich ergebende EMK bei Erfassung eines im Vergleich zu dem stöchiometrischen Wert 1 mageren Luft/Brennstoff-Verhältnisses in der Größenordnung von 10 mV bis OmV liegt. Eine elektronische Steuerschaltung 7 spricht auf die Signale der Abgas-Meßfühlers 6 usw. an und treibt eine als Vierphasen-Schrittmotor ausgebildete Antriebseinrichtung 8 in einer entsprechenden Richtung an. Der Vierphasen-Schrittmotor 8 betätigt ein Bypaßventil 10, das in einem Bypaßluftkanal 9 zu dessen Schließen und öffnen angebracht ist, wobei die Antriebswelle des Vicrphascn-Schrittmotors 8 mit dem Bypaßveniil (0 verbunden ist. Das Bypaßventil 10 ist ein bekanntes Drosselklappenventil, dem ein Stellungsschalter 11 für die vollständig geschlossene Stellung des Ventils zugeordnet ist, so daß dieser Zustand erfaßt und ein entsprechendes Positionssignal abgegeben und der Steuerschaltung 7 zugeführt werden kann.

Ein Drosselventil 12 ist stromab des Vergasers 2 angeordnet, während stromauf des Vergasers 2 ein Luftfilter 13 und ein Ansaugluft-Durchflußmengenmeßgerät 14, das einen Verzugszeitdetektor darstellt, angeordnet ist. Der Bypaßluftkanal verläuft vom Luftfilter 13 ausgehend, und mündet erst wieder in den Ansaugkanal 3 stromab des Drosselventils 12.

Das Ansaugluft-Durchflußmengenmeßgerät 14 mißt mittels einer drehbar angebrachten Meßklappe 14a direkt die durch das Ansaugrohr strömende Ansaugluftmenge, wobei der Verstellungsbetrag der Klappe 14a mittels eines Potentiometers iAb in ein elektrisches Signal umgesetzt und auf diese Weise die Ansaugluftmenge erfaßt wird. Der Ausgangsanschluß des Potentiometers 146 ist mit der Steuerschaltung 7 elektrisch verbunden.

Wie F i g. 6 zu entnehmen ist, steht in diesem Falle die Ansaugluft-Durchflußmenge in einer Funktionsbeziehung zu der Verzugszeit zwischen dem Auftreten einer Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Ansaugsystem und dem Erfassen dieser Veränderung im Abgassystem durch den Abgas-Meßfühler, so daß die Ansaugluft-Durchflußmenge einen dieser Verzugszeit entsprechenden Verzugszeitfaktor darstellt

Nächstehend wird die Steuerschaltung 7 unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild gemäß Fig.2 näher beschrieben. Die Steuerschaltung 7 erhält als Eingangssignale das Ausgangssignal des Abgas-Meßfühlers 6. das Ausgangssignal des Ansaugluft-Durchflußmengenmeßgeräts 14 zur Messung der dem Verzugszeitfaktor entsprechenden Ansaugluftmenge sowie das ι Ausgangssignal des die vollständig geschlossene Stellung des Bypaßventils 10 feststellenden Stellungsschalters 11 und umfaßt eine Vergleichsschaltung 7a, eine Luftdurchfluß-Meßschaltung 7b, eine Oszillatorschaltung 7c, eine Zeitsteuerschaltung 7d, eine Verknüpfungsschaltung 7e, ein Zweirichtungsschieberegister Tf und eine Schaltanordnung 7g, mit deren Hilfe der Vierphasen-Schrittmotor 8 entsprechend den Eingangssignalen gesteuert wird.

Im Prinzip wird somit bei dieser Anordnung das in dem Vergaser 2 gebildete Ansauggemisch in den Verbrennungskammern der Brennkraftmaschine 1 verbrannt und daraufhin jede Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Abgassystem durch den Abgas-Meßfühler 6 ermittelt dessen Ausgangssignal wiederum der Vergleichsschaltung 7a zugeführt wird, mittels der festgestellt wird, ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis, verglichen mit dem vorgegebenen bzw. einzuregelnden Luft/Brennstoff-Verhältnis (bei diesem Ausführungsbeispiel des Regelsystems dem stöchiometrischen Luft/ Brennstoff-Verhältnis), fett oder mager ist. Bei einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis verstellt, der Vierphasen-Schrittmotor 8 das in dem Bypaßluftkanal 9 angebrachte Bypaßventil 10 in Öffnungsrichtung, während bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis das Bypaßventil 10 in Schließrichtung bewegt wird, wodurch das Luft/Brennstoff-Verhältnis zur Einregelung des vorgegebenen Verhältniswertes mittels der der unterstromigen Seite des Drosselventils 12 zugeführten Zusatzluft kompensiert wird.

Hierbei legt die Zeitsteuerschaltung 7dd\e Antriebszeiten und Stillstandszeiten des Vierphasen-Schrittmotors 8 entsprechend dem Signal des Ansaugluft-Durchflußinengenmeßgerätes 14 fest, so daß die Antriebszeiten und Stillstandszeiten des Vierphasen-Schrittmotors 8 abwechselnd und intermittierend sprungartig über die Verknüpfungsschaltung 7e, das Zweirichtungsschieberegister 7f und die Schaltanordnung Tg gesteuert werde:! und der Regelbereich des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zur Einregelung des vorgegebenen Verhältnissewertes verkleinert wird.

Nachstehend wird die Steuerschaltung 7 unter Bezugnahme auf die Fig.3 bis 7 im einzelnen beschrieben. Die Vergleichsschaltung 7a weist einen Eingangswiderstand 101, Spannungsteilerwiderstände 102 und 103 sowie einen Differenz-Operationsverstärker 104 auf, wobei der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 104 über den Eingangswiderstand !Oi mit dem Abgas-Meßfühler 6 verbunden ist, während sein invertierender Eingang mit dem Spannungsteilerpunkt der Teilerwiderstände 102 und 103 verbunden ist Die Vergleichsschaltung 7a vergleicht somit ihre Eingangsspannung mit einer von den Spannungsteilerwiderständen 102 und 103 vorgegebenen Spannung (d. L·, mit einer Spannung, die praktisch gleich der von dem Abgas-Meßfühler 6 bei dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis abgegebenen EMK bzw. Ausgangsspannung ist), so daß ein Signal des Wertes »1« an ihrem Ausgang A abgegeben wird, wenn die Eingangsspannung höher als die vorgegebene Spannung ist bzw. das Luft/Brennstoff-Verhältnis fetter als der stöchiometrische Wert 1 ist, während ein Signal des Wertes »0« an dem Ausgang A abgegeben wird, wenn die Eingangsspamnung niedriger

als die vorgegebene Spannung ist bzw. das Luft/Brennstoff-Verhältnis magerer als der stöchiometrische Werl 1 ist.

Die Luftdurchfluß-Meßschaltung 7 b besteht aus einer Emitterfolgerschaitung, die einen Transistor 105 und ·> einen Emitierwiderstand 106 aufweist, wobei die Basis des Transistors 105 mit dem verstellbaren Abgriff B des Potentiometers 146 des Ansaug-Luft-Durchflußmengenmeßgerätes 14 verbunden ist. Auf diese Weise wird die Potentialdifferenz zwischen dem Abgriff B und einem festen Anschluß B', die der Ansaugluftmenge umgekehrt proportional ist, erfaßt und als Signal der Zeitsteuerschaltung 7c/zugeführt.

Die Oszillatorschaltung 7c besteht aus einer astabilen Kippstufe, die NAND-Glieder 107 und 108 mit i> Mehrfach-Anschlüssen sowie Kondensatoren 109 und 110 aufweist und impulse zum Antrieb des Vierphasen-Schrittmotors 8 erzeugt. Die Frequenz dieser Antriebsimpulse ist auf einen Optimalwert eingestellt, so daß der Regelbereich des Luft/Brennstoff-Verhältnisses bei Übergangsbetriebszuständen verringert und der Vierphasen-Schrittmotor 8 sprungartig angetrieben werden, wobei das am Ausgang C der Oszillatorschaltung 7c abgegebene Ausgangssignal aus Impulsen mit einem Tastverhältnis von 1 zu 1 besteht, wie dies in den :i Fig. 5A und 5B unter (a) und ^dargestellt ist.

Die Zeitsteuerschaltung 7d umfaßt einen ersten Triggerschaltkreis 7d\, der Kondensatoren 201 und 207, Widerstände 202, 203 und 208, Dioden 205, 206 und 209 sowie einen Transistor 204 aufweist, eine erste 1» monostabile Kippstufe 7cfe. die Widerstände 210, 212, 214, 216, 217 und 219, Kondensatoren 211 und 215, Transistoren 213 und 218 sowie eine Diode 241 aufweist, einen zweiten Triggerschaltkreis 7Λ, der einen Widerstand 220, einen Kondensator 221 und eine Diode 222 r. aufweist, einen Ladeschaltkreis 7cU, der Widerstände 223, 225 und 227, eine Zenerdiode 226 sowie Transistoren 224 und 228 aufweist, einen Entladeschaltkreis Ids, der Widerstände 238 und 239 sowie einen Transistor 240 aufweist, und eine zweite monostabile 4(1 Kippstufe 7cL die Widerstände 229, 230, 233 und 236, einen Kondensator 234, Dioden 232 und 235 sowie Transistoren 231 und 237 aufweist, und spricht auf das Signal der Luftdurchfluß-Meßschaltung 7b zur Erzeugung eines Impulssignals an, dessen Impulsdauer r_a sich a^t> entsprechend der Ansaugluftmenge ändert, wie dies unter (I) in F i g. 4 dargestellt ist.

Wenn ein Zündschalter KS geschlossen wird, so daß die Verbindung zu einer Gleichstromquelle Ba hergestellt wird, wird direkt danach der Transistor 204 des f>n ersten Triggerschaltkreises 7di durchgeschaltet und seine Kollektorspannung fällt auf annähernd 0 Volt ab. Dementsprechend -wird das Bssispoter.tis! des Transistors 218 der ersten monostabilen Kippstufe 7dt verringert, was dazu führt daß der Transistor 218 sperrt und dieser Sperrzustand für die Dauer einer Zeit aufrecht erhalten wird, die von dem Kondensator 211 und dem Widerstand 212 bestimmt wird, d. h, während der Zeit τ» die unter (E) in F i g. 4 veranschaulicht ist, wobei unter (E) in F i g. 4 das Spannungssignal an einem Anschluß E dargestellt ist Das am Kollektor des Transistors 218 anstehende Ausgangssignal der ersten monostabflen Kippstufe 7dz nimmt somit für die Dauer dieses festgelegten Zeitabschnittes den Wert »1« an, wodurch beide Transistoren 224 und 228 des Lade-Schaltkreises 6dV durchgeschaltet werden. Dementsprechend fließt während einer bestimmten Zeitdauer ein von der Zenerdiode 226 bestimmter Konstantstrom von dem Ladeschaltkreis 7 dt über eine Leitung L\ zu der zweiten monostabilen Kippstufe 7c4 in der der Kondensator Kondenstor 234 durch diesen Konstantstrom aufgeladen wird, so daß die sich ergebende Aufladungsspannung an seinem Anschluß F ansteigt, wie dies unter (F) in Fig.4 dargestellt ist. Während dieses Zeitintervalls führt der Entladeschaltkreis 7ds der zweiten monostabilen Kippstufe 7(4 einen Strom zu, der von dem Potentiometer 146 des Ansaugluft-Durchflußmengenmeßgerätes 14 bestimmt und der Ansaugluftmenge umgekehrt proportional ist, so daß der Transistor 231 über die Diode 232 der zweiten monostabilen Kippstufe 7c/_b durchgeschaltet wird. Wenn die festgelegte Zeitdauer abläuft, so daß der Transistor 204 des ersten Triggerschaltkreises 7d\ sperrt und der Transistor 218 der ersten monostabilen Kippstufe 7d2 durchgeschaitet wird, nimmt der Ausgangsirnpuls der ersten monostabilen Kippstufe 7 ^ den Wert »0« an, wie dies unter (D) in Fig. 4 dargestellt ist, so daß die Transistoren 224 und 228 des Landschaltkreises 7dt augenblicklich sperren und die Aufladung des Kondensators 234 beendet wird.

Gleichzeitig gibt der zweite Triggerschaltkreis 7c/₃ an seinem Anschluß / ein negatives Triggersignal ab, das unter (J) in F i g. 4 dargestellt ist, wodurch der Transistor 231 über die Diode 222 gesperrt wird. Wenn dies eintritt, geht das Ausgangssignal der Zeitsteuerschaltung 7d an deren Ausgang /, das am Kollektor des Transistors 231 erhalten wird, von dem Wert »0« auf den Wert »1« über.

Wenn das Ausgangssignal des Transistors 231 seinen Zustand ändert, wird der Transistor 237 durchgeschaltet und das Potential am Kondensator 234 nimmt rasch ab. Die in dem Kondensator 234 gespeicherte Ladung entlädt sich somit in Form des der Ansaugluftmenge entsprechenden Entiadungsstromes, woraufhin das Entladungspotential an einem Anschluß C des Kondensators 234 ansteigt, wie dies unter (C) in Fig.4 dargestellt ist, so daß der Transistor 231 wieder durchgeschaltet wird und dadurch das Ausgangssignal der Zeitsteuerschaltung 7c/von dem Wert »1« auf den Wert »0« übergeht.

Wenn der Transistor 231 wieder durchgeschaltet ist, nimmt seine Kollektorspannung wieder annähernd den Wert 0 Volt an, was dazu führt daß der Transistor 218 der ersten monostabilen Kippstufe 7di wiederum über die Diode 206 gesperrt wird, usw., worauf sich der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt.

Während derjenigen Zeit in der der Transistor 231 sperrt, wird somit das Ausgangssignal der Zeitsteuerschaltung 7d auf dem Wert »1« gehalten, wodurch ein Stillstandsimpulssignal mit einer Impulsdauer Tb gebildet wird, wie dies unter (I) in F i g. 4 veranschaulicht ist, wobei diese Stillstandsimnulsdauer τ», proportional der Ansaugluftmenge ist wie bereits vorstehend erläutert.

Der die vollständig geschlossene Stellung des Bypaßventils 10 erfassende Stellungsschalter 11 besteht aus einem Widerstand 11a und einem Schalter Ub, so daß bei vollständig geschlossenem Bypaßventil 10 auch der Schalter Hb geschlossen ist und das Ausgangssignal an seinem Ausgangsanschluß L den Wert »0« annimmt.

Die Ausgangssignale der Vergleichsschaltung 7a, der Oszillatorschaltung 7c; der Zeitsteuerschaltung 7d und des Stellungsschalters 11 werden der Verknüpfungsschaltung 7e zugeführt, wodurch Vorwärts-, Rückwärts- und Haltesignale für den Vierphasen-Schrittmotor 8 erzeugt werden.

Die Verknüpfungsschaltung 7e weist einen Inverter 150, NAND-Glieder 151 und 152 sowie ein NOR-Glied

ίο

153 auf und bildet eine logische Steuerschaltung für den Vierphasen-Schrittmotor 8.

Die von der Oszillatorschaltung 7c erzeugten und in den F i g. 5A und 5B dargestellten Impulssignale für den Antrieb des Vierphasen-Schrittmotors 8 werden dem NOR-Glied 153 der Verknüpfungsschaltung Te zugeführt, wobei das NOR-Glied 153 außerdem das unter (I) in Fig. 4 dargestellte Ausgangsimpulssignal der Zeitsteuerschaltung Td erhält, dessen Impulsdauer Tt entsprechend dem Signal des Ansaugluft-Durchflußmengenmeßgerätes 14 geändert wird (τ_α ist festgelegt bzw. unveränderlich). Somit gibt das NOR-Glied 153 lediglich während derjenigen Zeit, während der das Impulssignal der Zeitsteuerschaltung Td den Wert »0« aufweist (d. h., während der Zeit r_a), an seinem Ausgang die Impulssignale für den Antrieb des Vierphasen-Schrittmotors 8 der Oszillatorschaltung 7c ab und führt die Impulse den NAND-Gliedern 151 bzw. 152 zu.

Das NAND-Glied 151 weist drei Eingänge auf, denen jeweils die Signale des NOR-Gliedes 153, das Signal des Stellungsschalters 11 sowie über den Inverter 150 das Signal der Vergleichsschaltung 7a zugeführt werden. Das NAND-Glied 152 weist zwei Eingänge auf, so daß das Signal der Vergleichsschaltung 7a direkt dem NAND-Glied 152 zusätzlich zu den Impulssignalen des NOR-Gliedes 153 zugeführt wird.

Somit werden nur dann, wenn das Ausgangssignal des Stellungsschalters 11 den Wert »1« aufweist und somit das Bypaßventil 10 nicht vollständig geschlossen ist, und das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 7a den Wert »0« aufweist und demnach das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Ansauggemisches mager ist. die Impulssignale des NOR-Gliedes 153 invertiert, als Ausgangssignale des NAND-Gliedes 151 abgegeben und intermittierend einem Eingang O des Zweirichtungsschieberegisters Tf zugeführt, wie dies unter (N) in F i g. 4 dargestellt ist.

Andererseits werden nur dann, wenn das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 7aden Wert »1« aufweist und das Luft/Brennsioff-Verhälinis des Ansauggemisches fett isl. die Impulssignale des NOR-Gliedes 153 invertiert, als Ausgaiigssigiiali: des NAND-Glieder 152 abegeben und intermittierend einem Eingang F des Zweirichtungsschieberegisters Tf zugeführt, wie dies ebenfalls unter(N)in Fig.4 veranschaulicht ist. Bei dem Zweirichtungsschieberegister Tf. das als Eingangssignale die Ausgangssignale der NAND-Glieder 151 bzw. 152 erhält, werden die Ausgänge O\, Ch. Oi und Oa aufeinanderfolgend weitergeschaltet, wie dies in F i g. 5A dargestellt ist. wenn die Impulssignale dem Eingang P zugeführt worden. Werden dagegen die Imnuksignalp rlprn Eingang O zugeführt. SO w'errjep die Ausgänge St. Ch. Ch und Oi in dieser Reihenfolge aufeinanderfolgend weitergeschaltet^wi^dies FJ^g. 5B zu entnehmen ist Die Ausgänge O\. ^>, Ch und O4 sind sämtlich mit der Schaltanordnung Tg verbunden, die wiederum mit Feldspulen G, C2. C3 und G des Vierphasen-Schrittmotors 8 verbunden ist und Wider stände 160,161,162 und 163, Transistoren 164,165,166 und 167 sowie Gegenspannungssperrdioden 168, 169, 170 und 171 aufweist Wenn die Impulssignale dem Eingang P des Zweirichtungsschieberegisters Tf zugeführt werden, werden somit die Transistoren 164, 165, 166 und 167 aufeinanderfolgend durchgeschaltet wodurch die Feldspulen G, Ci . C3 und G des Vierphasen-Schrittmotors 8 in ähnlicher Weise gleichzeitig zweiphasig erregt werden und dadurch der Rotor des Vierphasen-Schrittmotors 8 in Richtung des Pfeiles

gemäß F i g. 3 gedreht wird, wodurch wiederum dem Bypaßventil 10 in Öffnungsrichtung eine Drehbewegung erteilt wird. Wenn dagegen die Impulssignale dem Eingang O zugeführt werden, wird der Rotor des Vierphasen-Schrittmotors 8 in der entgegengesetzten Richtung gedreht, so daß dem Bypaßventil 10 eine Drehbewegung in Schließrichtung erteilt wird.

Indem die vorgegebene Zeitaauer r_ä als Ventil-Antriebszeit und die entsprechend dem von dem Ansaugluft-Durchflußmengermeßgerät 14 abgegebenen Signal veränderliche Zeitdauer r*. als Ventil-Stillstandszeit verwendet werden, erfolgen Antrieb und Stillstand des Vierphasen-Schrittmotors 8 intermittierend, wobei dieser Betriebsvorgang wiederholt durchgeführt wird, wodurch der Zusatzluftdurchfluß entsprechend der den Vemigszeitfnktor des Regelsystems darstellenden Ansaugluftmenge eingeregelt wird.

Im allgemeinen besteht eine umgekehrt proportionale Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge und der Verzugszeit, wie dies durch die Kurve gemäß F i g. 6 veranschaulicht ist. Diese Beziehung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 7 näher erläutert, wobei angenommen wird, daß eine Verzugszeit /1 einem Ansaugluftdurchfluß I und eine Verzugszeit i: einem Ansaugluftdurchfliiß Il entspricht.

Wie Fig. 7 zu entnehmen ist. kann, wenn die Antriebsfrequenz des Vierphasen-Schrittmotors 8 gemäß einem herkömmlichen Regelsystem unveränderlich festgelegt ist und z.B. das Luff'Brennstoff-Verhältnis des Ansauggemisches größer als das vorgegebene Luft/Brennstoff-Verhähnis wird (bei diesem Ausführungsbeispiel des Regelsystems (das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis mit dem Luftfaktor λ von 1). der Abgas-Meßfühler β während der Ver/ugs/oii ι-, oder /: in der Abgasleitung 4 nicht den Umstand feststellen. daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Ansauggemisches den vorgegebenen Verhältniswort überschritten hat, und die Zusatzluftmenge wird kontinuierlich vergrößert, wie dies durch die gestrichelten Linien IM und 111' in Fig. 7 veranschaulicht ist. so daß das Lufi/Brennstoff-Verhältnis in beträchtlichem Umfang schwankt und der Regelbereich größer wird, wodurch sich die Einstellung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf den vorgegebenen Verhältniswert verzögert, lnsbesondere im Falle der kleineren Ansaugluftmenge Il wird die Verzugszeit i: entsprechend vergrößert, so daß die Zusatzluftmenge derart geregelt wird, wie dies durch die ausgezogene Linie III' dargestellt ist und somit das Luft/Brennstoff-Verhältnis in größerem Umfang veränden wird.

Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen Regelsystem der Vierphasen-Schrittmotor 8 lediglich während der vorgegebenen Zeitdauer r_a betätigt und befindet sich während der Zeitdauer Tt im Stillstand wobei dieser Betriebsablauf wiederholt durchgeführt wird, wie dies durch die gestrichelte Linie I oder II in Fig. 7 dargestellt ist wobei die Zusatzluft der Ansaugleitung 3 über das Bypaßventil 10 zugeführt wird. Dementsprechend wird der Regelbereich des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Ansauggemisches klein gehalten.

Wenn sich die Ansaugluftmenge z. B. während einer Beschleunigungsperiode der Brennkraftmaschine 1 erhöht wie dies unter I in F i g. 6 dargestellt ist wird die Ventil-Stillstandszeit Vb des Vierphasen-Schrittmotors 8 auf den Wert τι,ι umgekehrt proportional zu der Ansaugluftmenge zur Erzielung eines sprungartigen Antriebs verringert so daß die Steuergeschwindigkeit in

ihrer Gesamtheit erhöht wird, wie dies durch die gestrichelte Linie I in F i g. 7 veranschaulicht ist, und das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Ansauggemisches schnell auf den vorgegebenen Verhältniswert eingestellt wird. Wenn dagegen die Ansaugluftmenge z. B. im stationären Betrieb relativ klein ist, wie dies bei Il in Fig. 6 dargestellt ist, wird die Ventil-Stillstandszeit τ> auf den Wert Tbi in umgekehrter Proportion zur Ansaugluftmenge erhöht, wie dies durch die gestrichelte Linie Il in F i g. 7 dargestellt ist, so daß die Verzugszeit auf den Wert fj ansteigt und die Steuergeschwindigkeit insgesamt entsprechend verringert wird, obwohl der Vierphasen-Schrittmotor 8 sprungartig angetrieben wird, wodurch jede übermäßige Zusatzluftzufuhr verhindert und dadurch der Regelbereich des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses zur Erzielung einer schnellen Einstellung des vorgegebenen Verhältniswertes klein gehalten wird.

Obwohl das Zusatzluft-Regelsystem vorstehend in Verbindung mit der Einstellung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des in einem Vergaser gebildeten Ansauggemisches beschrieben worden ist, kann es gleichermaßen auch zur Kompensation der Luft-Durchflußrate in mechanisch gesteuerten Brennstoff-Einspritzsystemen verwendet werden.

Außerdem kann das Zusatzluft-Regelsysteni außer zur Regelung des Luftdurchflusses im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine auch zur Regelung eines Luftdurchflusses im Abgassystem, wie etwa zur Regelung einer Zusatzluftmenge für den Katalysator, dienen bzw. diesem Zweck angepaßt werden.

Ferner können anstelle des bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Regelsystems verwendeten Vierphasen-Schrittmoiors beliebige Gleichstrom- und Wechselstrommotoren als Antriebseinrichtung für das Bypaßventil Verwendung finden, und darüber hinaus können beliebige mechanische Betätigungselemente gleichermaßen zusätzlich zu den elektrischen Betätigungs- oder Stellelementen verwendet werden.

Auch können anstelle des Ansauglufl-Durchflußmengenmeßgerätes als Verzugszeitdetektor andere Meßfühler ohne Meßwertgeber zur Erfassung solcher Verzugszeitfaktoren, wie etwa des Unterdrucks in der Ansaugleitung, der Drehzahl der Brennkraftmaschine, des Unterdrucl-s im Venturiabschnitt, der Stellung des Drosselventils, usw. verwendet werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zusatzluft-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einem Bypaßluftkanal und einem darin befindlichen Bypaßventil zur Einspeisung von Zusatzluft in die Brennkraftmaschine, dessen Stellung in Abhängigkeit von mittels mehrerer Meßfühler ermittelten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, die das das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Ansauggemisches bezeichnende Ausgangssignal eines Abgas-Meßfühlers einschließen, zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Luft/Brer.nstoff-Verhältniswertes des Ansauggemisches durch kompensierende Änderung der durch den Bypaßluftkanal strömenden Zusatzluftmenge über eine mit den Meßfühlern verbundene Steuerschaltung und eine Antriebseinrichtung derart steuerbar ist, daß das Bypaßventil in einer vom Ausgangssignal des Abgas-Meßfühlers abhängigen Verstellrichtung in Zeitintervallen mit jeweils einer Ventil-Antriebszeit und einer Ventil-Stillstandszeit kontinuierlich betätigt wird, wobei die Ventil-Antriebszeit betriebsparameterabhängig veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verzugszeitdetektor (14) zur Ermittlung eines der Laufzeit zwischen dem Auftreten einer Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Ansauggemisches und deren Feststellung durch den Abgas-Meßfühler (6) als Änderung der Abgaszusammensetzung entsprechenden Verzugszeitfaktors mit der Steuerschaltung (7) verbunden ist und daß die Steuerschaltung (7) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Verzugszeitdetektors (14) entweder die Ventil-Antriebszeit (τ_α) oder die Ventil-Stillstandszeit (r/,) steuert und die jeweils andere Ventilsteuerzeit unveränderlich festlegt.

2. Zusatzluft-Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzugszeitdetektor (14) im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine (1) zur Erfassung der Ansaugluft-Durchflußmenge und Abgabe eines elektrischen Ansaugluft-Durchflußmengensignals angeordnet ist und daß die Steuerschaltung (7) eine Zeitsteuerschaltung (7d), die das Ansaugluft-Durchflußmengensignal erhält und die Ventil-Antriebszeit (τ₃) und die Ventil-Stillstandszeit (Tb) der Antriebseinrichtung (8) des Bypaßventils (10) derart bestimmt, daß die Ventil-Stillstandszeit (Tb) dem Ansaugluft-Durchflußmengensignal umgekehrt proportional und die Ventil-Antriebszeit (τ:*) eine auf die Ventil-Stillstandszeit (Tb) folgende vorgegebene Zeitdauer sind, und eine Schaltanordnung (7g) aufweist, die auf die Signale einer dem Abgas-Meßfühler (6) nachgeschalieten Vergleichsschaltung (7a) und der Zeitsteuerschaltung (7d) zur Bildung von Antriebssignalen für die Antriebseinrichtung (8) anspricht.

3. Zusatzluft-Regelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einem mit dem Bypaßventil (10) verbundenen Stellungsschalter (ll), der die vollständig geschlossene Stellung des Bypaßventils (10) erfaßt und ein diese Ventilstellung bezeichnendes Positionssignal abgibt, das der Steuerschaltung (7) zugeführt wird, die daraufhin verhindert, daß die Antriebseinrichtung (8) das Bypaßventil (10) weiter in Schließrichtung antreibt.

4. Zusatzluft- Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerschal-

tung (7d) einen ersten (7cfe) und einen zweiten (7c4) monostabilen Schaltkreis aufweist, die zur Erzeugung eines Impulssignals miteinander verbunden sind, und daß das Ausgangssignal der Ansaugluft- Durchflußmengenmeßeinrichtung(14,7 b) dem zweiten monostabilen Schaltkreis (7de) zu dessen Steuerung zugeführt wird, wodurch die Zeitsteuerschaltung (7d) ein Impulssignal abgibt, dessen Impulsdauer (r_a) sich in Abhängigkeit von der Ansaugluft-Durchflußmenge ändert