DE2651503C2

DE2651503C2 - Zusatzluft-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2651503C2
Application number: DE2651503A
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: 1976-11-11
Publication date: 1982-06-03
Also published as: JPS5259223A; JPS6014182B2; DE2651503A1; US4075835A; GB1543425A

Description

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

Zur Erzielung einer optimalen Abgasemissionsregelung bei Kraftfahrzeugen bzw. Gewährleistung eines maximalen Wirkungsgrades eines hierzu meist verwendeten Abgasreinigungskatalysators muß das Luft/ Brennstoff-Verhältnis des Ausauggemisches einer Brennkraftmaschine in geeigneter Weise geregelt oder dem Abgasreinigungskatalysator stets eine genau geregelte Zusatzluftmenge zugeführt werden.

In diesem Zusammenhang ist bereits aus der DE-OS 23 63 726 eine Regeleinrichtung für die Zumessung einer Zusatzluftmenge zur Verbesserung der Abgasnachverbrennung bei Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die Zusatzluftmenge in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Abgas-Meßfühlers unter Einbeziehung von Betriebsparametern wie der Drehzahl und dem Ansaugunterdruck der Brennkraftmaschine dosiert und in das Abgassystem der Brennkraftmaschine eingespeist wird. Die Dosierung der Zusatzluft erfolgt über ein als Membranventil ausgebildetes Luftregelventil, dessen Stellung von dem jeweiligen Druckausgleich zwischen drehzahlabhängigen Ansaug- und Ausstoßhüben einer Luftpumpe sowie dem Unterdruck in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Darüber hinaus ist dem Luftregelventil ein Dreiwege-Magnetventil zugeordnet, das als Schaltventil arbeitet und zur Feinregulierung der Zusaizluftzufuhr in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Abgas-Meßfühlers dient.

Bei einer derartigen Regelung treten allgemein Nachlauferscheinungen und Regelschwingungen auf, die im wesentlichen von der Genauigkeit der Zusatzluftzumessung, der Verzögerungszeit bzw. Totzeit des Regelsystems, dessen Ansprechcharakteristik usw. abhängen. Darüber hinaus ist von Bedeutung, ob die angestrebte Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses einlaßseitig oder auslaßseitig der Brennkraftmaschine erfolgt, wobei insbesondere die einlaßseitige Regelung in bezug auf das Auftreten solcher Nachlauferscheinungen und Regelschwingungen mit Schwierigkeiten verbunden ist, da diese sofort auftreten, wenn das Ansauggemisch zyklisch angereichert und abgemagert, d. h., abwechselnd fett und mager wird.

Da bei der bekannten Regeleinrichtung die Stellung des Luftregelventils vom Eintreten eines Druckausgleichs bestimmt wird, ist eine hohe Regelgenauigkeit bereits hierdurch in Frage gestellt, da Nachlaufeffekte eines solchen Luftregelsystems insbesondere bei einlaß-

seitiger Anordnung kaum vermeidbar sind. Ferner erfolgt die Zusatzluftzufuhr im wesentlichen in Abhängigkeit von den Ausgangssignaländerungen eines 02-Abgas-Meßfühlers, d. h., mit einer diesen Ausgangssignaländerungen entsprechenden Wiederholfrequenz, so daß sehr leicht die Gefahr des Auftretens von Regelschwingungen gegeben ist, wenn die Steuerfrequenz bzw. Verstellfrequenz des Luftregelventils nicht höher als die Frequenzen der Regelschwingungen ist. Darüber hinaus ist ein derartiges Regelventil im Ansaugsystem kaum über einen weiten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine von z. B. 600—6000 min-' einsetzbar, da lediglich ein geringer Betrag des Ventühubs maßgebliche Auswirkungen auf die durch die Ventilöffnung strömende Zusatzluftmenge hat und somit eine präzise Steuerung des Öffnungsbereichs dieses Ventils nur bedingt möglich ist.

Im übrigen sind in bezug auf Verzögerungs- oder Totzeiten des Regelkreises keinerlei Gegenmaßnahmen getroffen, sondern die Zusatzluftmenge wird lediglich in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eingestellt. Zwar ist das Luftregelsystem in diesem Falle im Abgassystem angeordnet, wodurch sich das Auftreten von Nachlauferscheinungen vermeiden läßt, allerdings hängt die maßgebende Maschinenleistung nicht von der Zusammensetzung der Abgaskomponenten sondern von der des Ansauggemisches ab. Bei Anordnung des Luftregelventils im Ansaugsystem können Verzögerungszeiten jedoch nicht über den Ventilhub korrigiert werden. Es muß somit davon w ausgegangen werden, daß das Ansprechve: mögen dieses Regelkreises unzureichend ist und die bekannte Regeleinrichtung dementsprechend nur zur Abgasregelung bzw. Abgasnachverbrennung eingesetzt werden kann, da lediglich eine Mengenregelung der Zusatzluft π ohne jegliche Korrektur etwaiger betriebsabhängiger Verzögerungszeiten durchführbar ist.

Weiterhin ist bereits ein Zusatzluft-Regelsystem der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden (DE-OS 26 46 695), bei dem zur Verringerung von Regelschwin- w gungen des einzuregelnden Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Ansauggemisches das im Bypaßluftkanal angeordnete Bypaßventil in einer vom Ausgangssignal des Abgas-Meßfühlers abhängigen Verstellrichtung in fest vorgegebenen und jeweils eine Ventil-Antriebszeit 1; und eine Ventil-Stillstandszeit umfassenden Zeitintervallen kontinuierlich betätigbar ist, wobei das Verhältnis der jeweiligen Ventil-Antriebszeit zu der innerhalb des fest vorgegebenen Zeitintervalls verbleibenden Ventil-Stillstandszeit betriebsparameterabhängig veränderbar ist. Eine voneinander unabhängige Steuerung der Ventil-Antriebszeiten und Ventil-Stillstandszeiten in Abhängigkeit von unterschiedlichen Verzögerungszeitfaktoren wird hierbei jedoch nicht in Betracht gezogen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die auf den bei einem im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Zusatzluft-Regelsystem auftretenden Verzögerungszeiten beruhenden nachteiligen Regelschwingungen und Nachlauferscheinungen möglichst weitgehend zu unterbinden. _b0

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

Erfindungsgemäß wird somit der Öffnungsgrad eines Bypaßventils zur Einspeisung von Zusatzluft in das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine durch die Antriebseinrichtung mittels eines Stellmotors z. B. in Form eines Schrittmotors verstellt, wobei Nachlauferscheinungen und Regelschwingungen aufgrund der zwischen Ansaugsystem und Abgassystem beim Hundurchtreten des Luft/Brennstoff-Ansauggemisches auftretenden Verzögerungszeiten durch Steuerung der Antriebsimpulse des Schrittmotors in Abhängigkeit von Belastung und Drehzahl der Brennkraftmaschine weitgehend verhindert werden können, Das heißt, die Antriebsfrequenz des Bypaßventils kann durch eine voneinander unabhängige Steuerung der Antriebs- und Stillstandszeiten verzögerungszeitabhängig eingestellt werden, da Verstellung und Stillstand des Bypaßventils linear mit der Drehzahl bzw. dem Ansaugunterdruck der Brennkraftmaschine variabel sind, wodurch sich sowohl die Genauigkeit als auch das Ansprechverhalten der Regelung erheblich verbessern lassen.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines Ausführung beispieis des Zusatzluft-Regelsystems,

F i g. 2 das Ausgangssignal des bei dem Regelsystem gemäß F i g. 1 verwendeten Abgas-Meßfühlers,

F i g. 3 das Ausgangssignal des bei dem Regelsystem gemäß Fig. 1 verwendeten Druckfühlers,

Fig.4 ein Blockschaltbild der bei dem Regelsystem gemäß F i g. 1 verwendeten Steuerschaltung,

Fig. 5 das Ausgangssignal der Drehzahlschahung gemäß F i g. 4,

Fig.6 den Schaltungsaufbau der Steuerschaltung gemäß F i g. 4,

Fig. 7 Spannungssignale an verschiedenen Punkten der Steuerschaltung gemäß F i g. 6,

Fig. 8A und 8B Signalverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Zweirichtungsschieberregisters gemäß F i g. 6,

Fig.9 ein Kennlinienfeld zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und der Verzögerungszeit des Regelsystems und

Fig. 10 ein Diagramm zur Veranschatilichung der Wirkungsweise des Zusatzluft-Regelsystems gemäß den F i g. 1 und 6.

Gemäß Fig. 1, die das gesamte Regelsystem veranschaulicht, wird einer herkömmlichen Otto-Viertakt-Brennkraftmaschine 1 ein Luft/Brennstoff-Ausgangsgemisch mittels eines Vergasers 2 durch eine Ausgangsleitung 3 zugeführt. Der Vergaser 2, der einen Hauptkanal aufweist, ist herkömmlicher Art und derart eingestellt, daß er ein A.nsauggemisch erzeugt, das im Vergleich mit dem gewünschten Luft/Brennstoff-Verhältnis, das von der Brennkraftmaschine 1 oder einem katalytischen Konverter 5 verlangt wird, etwas fett ist.

Im Abgassystem der Brennkraftmaschine 1 sind eine Abgasleitung 4 und der katalytische Dreifach-Konverter 5 angeordnet, wobei in die Abgasleitung 4 ferner ein Abgas-Meßfühler 6 eingebaut ist, der mittels eines Metalloxids wie Zirkonoxid ouer Titandioxid den Sauerstoffgehalt der Abgase ermittelt. Wenn der Abgas-Meßfühler 6 beispiekw >:se mit Zirkondioxid arbeitet, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, erzeugt er in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses eine elektromotorische Kraft zwischen 80 und 100 mV, wenn das ermittelte Luft/Brennstoff-Verhältnis unter stöchiometrisch ist (fettes Ausganggemisch), während die entstehende elektromotorische Kraft in der Größenordnung von 10 bis OmV liegt, wenn das ermittelte Luft/Brennstoff-Verhältnis überstöchiorr

trisch ist (mageres Ausganggemisch). Eine elektronische Steuerschaltung 7 spricht auf die Ausgangssignale des Abgas-Meßfühlers 6 usw. an und treibt eine als Vierphasen-Schrittmotor ausgebildete Antriebseinrichtung 8 in einer ausgewählten Richtung an. Diese > nachfolgend nur als Schrittmotor 8 bezeichnete Antriebseinrichtung betätigt ein Bypaßventil 10, das in einem Bypaßluftkanal 9 angeordnet ist und geöffnet oder geschlossen wird. Die Antriebswelle des Schrittmotors 8 ist mit dem Bypaßventil 10 verbunden, das ein i< > bekanntes Drosselklappenventil ist. Ferner ist ein Ventilschalter 11 vorgesehen, der ermittelt, ob sich das Bypaßventil 10 in der vollständig geschlossenen Stellung befindet, und hierbei ein Schließsignal erzeugt, das der Steuerschaltung 1 zugeführt wird. ι ί

Im Ausgangsystem ist stromab des Vergasers 2 eine Drosselklappe 12 angeordnet, während stromauf des Vergasers 2 ein Luftfilter 13 und ein Druckfühler 14 angeordnet ist, der eine Verzögerungszeitfaktor-Detektoreinrichtung bildet. Der Bypaßkanal 9 ist derart 2» angeordnet, daß er den Luftfilter 13 mit der stromab gelegenen Seite der Drosselklappe 12 verbindet.

Der Druckfühler 14 wandelt Druckänderungen in der Ansaugleitung 3 in Spannungsänderungen um und besitzt eine Druckdose 14a, die eine Unterdruckinnen- :> kammer bildet, einen Kern Hceines Differential-Wandlers 146, der mit der Druckdose 14a gekoppelt ist, eine Feder 14^, sowie eine Atmosphärendruck-Kammer 14/ und eine Unterdruckkammer 14c/, die durch eine Membran 14e voneinander getrennt sind, wodurch sich )o beim Auftreten einer Druckänderung in der Ansaugleitung die Druckdose 14a verformt, so daß sich der Kern 14c bewegt. Diese Bewegung wird mittels des Differential-Wandlers 146 in eine Spannung umgewandelt, d. h., seine Ausgangsspannung nimmt ab, wenn sich r> der Unterdruck in der Ansaugleitung erhöht bzw. der Absolutwert des Druckes in der Ansaugleitung geringer wird, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Der Ausgang des Differential-Wandlers 14£> ist mit der Steuerschaltung 7 verbunden. -4»

Ein Drehzahlfühler 15, der die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 ermittelt und in ein elektrisches Signal umwandelt bildet eine weitere Verzögerungszeitfaktor-Detektoreinrichtung, die bei diesem Ausführungsbeispiel die Zündspule der Brennkraftmaschine 1 4i umfaßt, wobei die Primärspannung der Zündspule das Ausgangssignal des Drehzahlfühlers bildet. Die Primärspannung weist nämlich die Form eines Impulssignals (Digitalsignal) mit einer Frequenz auf, die der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 entspricht.

F i g. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Ansaugunterdruck, der Drehzahl und der Verzögerungszeit von dem Zeitpunkt, bei dem eine Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Ausgangsystem auftritt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abgas-Meßfühler 6 im Abgassystem die Änderung ermittelt Gemäß Fig.9 wird die Verzögerungszeit größer, wenn der Ansaugunterdruck stärker wird (der Druck abnimmt), und wird kürzer, wenn die Drehzahl ansteigt Dementsprechend sind der Ansaugunterdruck und die Drehzahl eine Funktion der Verzögerungszeit und bilden Verzögerungszeitfaktoren.

Nachstehend wird die elektronische Steuerschaltung 7 unter Bezugnahme auf das in Fig.4 gezeigte Blockschaltbild näher beschrieben. Die Steuerschaltung 7 empfängt als Eingangssignale die Ausgangssignale des Abgas-Meßfühlers 6, des Druckfühlers 14 und des Drehzahlfühlers 15, die dem Ausgangunterdruck bzw. der Maschinendrehzahl entsprechen und die Verzögerungszeitfaktoren bilden, sowie das Ausgangssignal des Ventilschalters 11 und besitzt eine Vergleicherschaltung 7a, eine Unterdruckschaltung Tb, eine Drehzahlschaltung 7c, eine Zeitgeber-Steuerschaltung Td, eine Verknüpfungsschaltung 7e, ein Zweirichtungsschieberegister Tf, eine Schalteinheit Tgund eine Oszillatorschaltung Th, wobei der Schrittmotor 8 in Abhängigkeit von den Eingangssignalen der Steuerschaltung 7 betätigt wird.

Bei diesem Aufbau wird das im Vergaser 2 erzeugte Ansauggemisch in den Verbrennungskammern der Brennkraftmaschine 1 verbrannt und sodann jede Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Abgassystem vom Abgas-Meßfühler 6 ermittelt, dessen Ausgangssignal wiederum der Vergleicherschaltung 7a zugeführt wird, die feststellt, ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis im Vergleich zu dem voreingestellten einzuregelnden Luft/Brennstoff-Verhältnis (dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis) klein oder groß ist, so daß der Schrittmotor 8 bei unterstöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis (fettes Gemisch) das im Bypaßluftkanal 9 angeordnete Bypaßventil 10 in Öffnungsrichtung betätigt, während bei überstöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis (mageres Gemisch) das Bypaßventil 10 in Schließrichtung betätigt wird.

Hierbei bestimmt die Zeitgeber-Steuerschaltung Td die Antriebszeit und die Stillstandszeit des Schrittmotors 8 gemäß den Ausgangssignalen des Druckfühlers 14 und des Drehzahlfühlers 15, die die Verzögeri'ngstaktor-Detektoreinrichtungen des Regelsystems bilden, wobei Antrieb und Stillstand des Schrittmotors 8 über die Verknüpfungsschaltung Te, das Zweirichtungsschieberegister 7/und die Schalteinheit Tg abwechselnd und intermittierend bewirkt werden.

Somit wird durch geeignete Steuerung der Antriebsrichtung wie auch der Antriebszeit des Schrittmototrs 8 zur intermittierenden Betätigung des Bypaßventils 10 in Form sprunghafter Bewegungen der Zusatzluft-Strom geeignet geregelt und das Luft/Brennstoff-Verhältnis des 'Ansauggemisches durch die der stromab gelegenen Seite der Drosselklappe 12 zugeführte Zusatzluft kompensiert, wodurch das Ansauggemisch auf das vorgegebene Luft/Brennstoff-Verhältnis, d. h. bei Verwendung des katalytischen Dreifach-Konverters 5 das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis mit einem verringerten Regelbereich einregelbar ist.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 4 bis 7 wird nachstehend die elektronische Steuerschaltung 7 ausführlicher erläutert Die Vergleicherschaltung 7a der Steuerschaltung 7 besitzt einen Eingangswiderstand 101, Spannungsteiler-Widerstände 102 und 103 und einen Differenz-Rechenverstärker 104, dessen nichtinvertierender Eingang über den Eingangswiderstand 101 mit dem Abgas-Meßfühler 6 verbunden ist während der invertierende Eingang mit dem Spannungsteflerpunkt der Spannungsteiler-Widerstände 102 und 103 verbunden ist Somit vergleicht die Vergleicherschaltung Tb das Eingangssignal mit einer durch die Spannungsteiler-Widerstände 102 und 103 vorgegebenen Spannung (d. Il, einer Spannung, die im wesentlichen gleich der vom Abgas-Meßfühler 6 beim stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis erzeugten elektromotorischen Kraft ist), wobei am Ausgang A der Vergleicherschaltung 7a ein Ausgangspegel »1« erzeugt wird, wenn die Eingangsspannung höher als die vorgegebene Spannung bzw. das Luft/Brennstoff-Verhältnis unterstöchiometrisch ist während ein Ausgangs-

pegel »0« am Ausgang Λ erzeugt wird, wenn die Eingangsspannung niedriger als die vorgegebene Spannung bzw. das Luft/Brennsloff-Verhältnis überstöchiometrisch ist.

Die Unterdruck-Schaltung Tb weist Widerstände 105, 106 und 107 und einen nichtinverticrcnden Verstärker auf. der aus einem Rechenverstärker 108 besteht, dessen nichtinvertierender Eingang über den Widerstand 105 mit dem Ausgang des Druckfühlers 14 verbunden ist, so daß das Ausgangssignal des Druckfühlers 14 mit einem

Verstärkungsfaktor von 1 + —— verstärkt wird (Rw*,

und Rw: sind die Widerstandswerte der Widerstände 106 bzw. 107).

Die Drehzahlschaltung Tc weist eine Signalformerschallung mit Widerständen 113, 114, 115, einem Kondensator 117 und einem Transistor 118. die eine Eingangsstufe bildet, und eine Ausgangsstufe in Form einer Digital-Analog-lJmsetzerschaltung mit Kondensatoren 119 und 120. einem Transistor 121, einem Widerstand 122 und einer Diode 123 auf, so daß das digitale Impulssignal des Drehzahlfühlers 15 einer Digital-Analog-Umformung unterworfen und eine analoge Spannung erzeugt wird, die der Maschinendrehzahl im wesentlichen proportional ist. wie es in F i g. 5 dargestellt ist.

Die Zeitgeber-Steuerschaltung Td weist zwei Steuerschallungen auf, d. h. eine Antriebszeit-Steuerschaltung Td\ und eine Stillstandszeit-Steuerschaltung Td₂. Die Antriebs-Steuerschaltung Td] besitzt eine Ladeschaltung mit einer Diode 201. einer Zenerdiode 202. Widerständen 203, 204, 205 und 206 und Transistoren 207 und 208, eine Entladeschaltung mit Widerständen 209 und 210 und einem Transistor 211. eine monostabile Kippstufe mit Widerständen 212, 213, 214 und 215. Dioden 216 und 217, einem Kondensator 218 und Transistoren 219 und 220. und eine Triggerschaltung mit Widerständen 221, 222, 223 und 233, einem Transistor 224, Kondensatoren 225,226 und 232, Invertern 227 und 230. NAND-Gliedern 229 und 231. einer Diode 234 und einem NAND-Glied 228 mit einem Erweiterungsanschluß.

Die Stillstandszeit-Steuerschaltung Td₂. die der Antriebszeit-Steuerschaltung 7c/] ähnlich ist, besitzt eine Ladeschaltung mit einer Diode 301, einer Zenerdiode 302. Widerständen 303, 304, 305 und 306 und Transistoren 307 und 308, eine Entladeschaltung mit Widerständen 309 undf 310 und einem Transistor 311, eine monostabile Kippstufe mit Widerständen 312, 313, 314 und 315, Dioden 316 und 317. einem Kondensator 318 und Transistoren 319 und 320, und eine Triggerschaltung mit einem Widerstand 333, Kondensatoren 326 und 332, Inveriem 327 und 330. einem NAND-Glied 329. einer Diode 334 und einem NAND-Glied 328 mit einem Erweiterungsanschluß.

Wenn ein Zündschloßschalter KS im Betrieb eingeschaltet wird und die Schaltung mit einer Stromquelle Ba verbindet, ist der Transistor 224 der Triggerschaltung der Antriebszeit-Steuerschaltung Td\ für eine Zeitdauer gesperrt die durch die Widerstände 221 und 222 und den Kondensator 225 festgelegt ist so daß das Ausgangssignal des Inverters 230 den Pegel »0« annimmt Folglich nimmt während dieser Zeit das Ausgangssignal des NAND-Glieds 231, das das Ausgangssignal des Inverters 230 aufnimmt unabhängig vom Eingangssignal an seinem anderen Eingang den Pegel »1«. an. womit sowohl der Transistor 207 als auch der Transistor 208 leitend wird.

Andererseits sind die Schaltungskonstanten der monostabilen Kippstufe der Antriebszeit-Steuerschaltung Td] bzw. der Stillstands-Steuerschallung Td: derart vorgegeben, daß die Transistoren 220 und 320 durchgeschaltet werden, wenn der Stromkreis geschlossen wird.

Somit wird während einer vorgegebenen Zeit nach dem Schließen des Zündschloßschalters KS der Kondensator 218 der monostabilen Kippstufe über eine Leitung L\ usw. mit einem konstanten Strom aufgeladen, der durch die Zenerdiode 202 bestimmt ist. Die entstehende Kurve der Ladespannung am Anschluß C ist in F i g. 7 (C) dargestellt. Wenn dann der Transistor 224 durchgeschaltet wird, so daß das Ausgangssignal des NAND-Glieds 231 den Pegel »0« annimmt, wird an einem Anschluß F. des Kondensators 232 ein negatives Triggersignal erzeugt (siehe Fig. 7 (E)) und der Transistor 220 der monostabilen Kippstufe gesperrt. Wenn der Transistor 220 auf diese Weise gesperrt ist, wird der Transistor 219 durchgeschaltet und die im Kondensator 218 gespeicherte Ladung über die Diode 216 und den Transistor 219 entladen. Dabei ist der Kollektor des Transistors 211 der Entladeschaltung mit dem anderen Anschluß D des Kondensators 218 verbunden und das Ausgangssignal der Drehzahlschaltung 7c wird an die Basis des Transistors 211 angelegt. Somit entlädt sich der Kondensator 218 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Drehzahlschaluing Tc, das der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 proportional ist. Die dabei am Anschluß D des Kondensators 218 erzeugte Entladespannung ist in Fig. 7 (D) dargestellt.

Wenn das Entladepotential gemäß Fig. 7 ^ansteigt und die Entladung des Kondensators 218 beendet, wird der Transistor 219 gesperrt und gleichzeitig der Transistor 220 durchgeschaltet. Das heißt, der Transistor 220 wird für eine bestimmte Zeitdauer gesperrt, die der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 entspricht (d. h.. der Entlade-Dauer des Kondensators 218), so daß die Kollektorspannung des Transistors 220 am Ausgang F der Antriebszeit-Steuerschaltung Td\ während einer drehzahlabhängigen Zeitdauer r., den Pegel »1« aufweist.

Die Ausgangsspannung der Antriebszeit-Steuerschaltung Td] wird durch den Inverter 327 der Stillstandszeit-Steuerschaltung Td; invertiert und dann den NAND-Gliedern 328 und 329 zugeführt. Somit erzeugt das NAND-Glied 328. nachdem das Ausgangssignal des Inverters 327 von Pegel »0« auf den Pegel »1« übergegangen ist (d. h. nachdem die in F i g. 7 (F) dargestellte Spannung vom Pegel »1« zum Pegel »0« gewechselt hat), ein Signal mit dem Pegel »1« für eine Zeildauer λ. die durch den mit dem Erweiterungseingang des NAND-Glieds 328 verbundenen Kondensator 326 festgelegt ist. Somit erzeugt der Imcrter 330. der das Ausgangssignal des NAND-Glieds 329 invertiert, nur für die in F i g. 7 (H) dargestellte Zeitdauer λ ein Signal mit dem Pegel »1«.

Wenn das Ausgangssignal des Inverters 330 den Pegel »1« annimmt, werden die Transistoren 307 und 308 durchgeschaltet, so daß in ähnlicher Weise wie bei der Amriebszeit-Steuerschaltung Td] der Kondensator 318 sowohl einer Konstantstrom-Aufladung als auch einer Konstantstrom-Entladung unterworfen wird und sich die Spannung an den Anschlüssen / und / gemäß den F i g. 7 (I) bzw. 7 (J) ändert. Der Transistor 320 wird für eine bestimmte Dauer gemäß dem Unterdruck-Signal des Druckfühlers 14 gesperrt. Folglich weist die Kollektorspannung des Transistors 320 am Ausgang G

der Stillstandszeil-Steuerschaltung 7d₂ während einer vom Ansaugunterdruek abhängigen Zeitdauer γλ. den Pegel »1« auf. wie es in F i g. 7 (G^dargestellt ist.

Die Ausgangsspannung der Stillstandszcit-Steuerschaltung 7d-> wird von dem Inverter 227 de;· Antriebszeit-Steuerschaltung 7d_t invertiert und dann den NAND-Gliedern 228 und 229 zugeführt. Nachdem das Ausgangssignal des Inverters 227 vom Pegel »0« auf den Pegel »1« übergegangen isl (d.h. nachdem die in Fig. 7 (G,) dargestellte Spannung vom Pegel »1« zum Pegel »0« gewechselt hat) erzeugt das NAND-Glied 228 ähnlich dem NAND-Glied 328 ein Signal mit dem Pegel »1« für eine Zeitdauer λ. die durch den Kondensator 226 festgelegt ist. Dieses Ausgangssignal wird dem NAND-Glied 231 über das NAND-Glied 229 zugeführt. Während in diesem Fall das NAND-Glied 231 auch das Ausgangssignal des Inverters 230 erhält, wie bereits erläutert, wird der Transistor 224 mit Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer nach dem Verbinden der Stromquelle Ba durchgeschaltet, so daß das Ausgangssignal des Inverters 230 den Pegel »1« annimmt und die an einem Ausgang »ß« des NAND-Glieds 231 anliegende Spannung den Pegel »1« nur für die Zeitdauer λ annimmt, wie es in F i g. 7 (ßj dargestellt ist.

Somit führen die Antriebszeit-Steuerschaltung 7d\ und die Stillstandszeit-Steuerschaltung 7tf> nach dem Schließen des Stromkreises wiederholt den vorstehend beschriebenen Vorgang herbei wobei das am Ausgang des Inverters 327 abgegebene Ausgangssignal der Zeitgc-ber-Steuerschaltung Td (siehe Fig. 7 (K)) das invertierte Signal des in F i g. 7 (F) dargestellten Signals ist. Das heißt, bei diesem Ausgangssignal nimmt die Dauer r^ mit dem Pegel »0« zu. wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine zunimmt, während die Dauer τ> (Tb=Th +2^) mit dem Pegel »1« abnimmt, wenn der Druck in der Ansaugleitung abnimmt.

Die Verknüpfungsschaltung 7e besitzt einen Inverter 150, NAND-Glieder 151 und 152 und ein NOR-Glied 153 und bestimmt die Steuerlogik für Vorwärtslaul. Rückwärtslauf, Antrieb und Stillstand des Schrittmotors 8, wobei sie als Eingangssignale die Ausgangssignale der Zeitgeber-Steuerschaltung 7d. der Vergleicherschaltung 7a und die Signalimpulse der Oszillatorschaltung 7h erhält, die NAND-Glieder 109 und 110 mit Erweiterungsanschlüssen sowie Kondensatoren 111 und 112 aufweist. Das in den Fig. 8A und 8B dargestellte Tastverhältnis beträgt 1:1. Die Verknüpfungsschaltung 7e erhält ferner das Ausgangssignal des Ventilschalters 11, der einen Widerstand 11a und einen bei vollständig geschlossenem Bypaßventil 10 geschlossenen Schalter llö aufweist und erzeugt Betätigungssignale für den Schrittmotor 8.

Die Ausgangssignale der Zeitgeber-Steuerschaltung 7d (siehe F i g. 7 (K)) und der Oszillatorschaltung 7 Λ (siehe F i g. 8A (a)) und F i g. 8B (b)) werden somit über das NOR-Glied 153 den NAND-Gliedern 151 bzw. 152 zugeführt. Folglich besteht das Ausgangssignal der NAND-Glieder 151 bzw. 152 aus dem Signal der Oszillatorschaltung 7h, das in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und dem Ansaugleitungsunterdruck auftritt und z. B. aus den in F i g. 7 (L) dargestellten Signalimpulsen besteht Andererseits wird das Ausgangssignal der Vergleicherschaltung 7a dem NAND-Glied 152 unmittelbar und dem NAND-Glied 151 über den Inverter 150 zugeführt, so daß ein Signal mit dem Pegel »1« einem der NAND-Glieder 151 und 152 zugeführt wird- Davon abhängig, ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Ausganggemisches größer oder

kleiner als das vorgegebene Luft/Brennstoff-Verhältnis ist, erzeugt eines der NAND-Glieder 151 und 152 die in Fig.7 (L) dargestellten Signal!.npulse. Das NAND-Glied 151 erhält als Eingangssignal außerdem das Ausgangssignal des Ventilschalters II. so daß bei vollständig geschlossenem Bypaßventil 11 verhindert wird, daß das NAND-Glied 151 Signalinipulse erzeugt und das Bypaßventil 11 weiter in der Ventilschließrichtung betätigt.

Die der Maschinendrehzahl und dem Druck in der Ansaugleitung entsprechenden Signalimpiilse werden dem Zweirichtungsschieberegisters 7/somit in Abhängigkeit davon zugeführt, ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Ansauggemisches größer oder kleiner als das vorgegebene Luft/Brennstoff-Verhältnis ist. Wenn die Signalimpulse einem Eingang Pdes Zweirichtungsschieberegisters 7/ zugeführt werden, werden die Signale an den Ausgängen Q]. Q₂. Q\ und Qi sequentiell verschoben, wie es in F i g. 8A dargestellt ist. Werden dagegen die Signalimpulse dem anderen Eingang O des Zweirichtungsschieberegisters 7/ zugeführt, werden die Signale an den Ausgängen in der in F i g. 8B dargestellten Reihenfolge sequentiell verschoben.

Die Ausgänge Q\. Qz. Qi und Q\ sind mit der Schalleinheit 7i.^r verbunden, die Widerstände 160. 161. 162 und 163. Transistoren 164, 165, 166 und 167 und Gegenspannungssperrdioden 168, 169. 170 und 171 aufweist und mit Feldspulen C G. G und G des Vierphasen-Schrittmotors 8 verbunden ist. Wenn folglich die Signalimpulse an den Eingang P des Zweirichtungsschieberegisters 7/ angelegt werden, werden die Transistoren 164, 165, 166 und 167 aufeinanderfolgend durchgeschaltet, so daß jew eils zu ei Feldspulen C₁. G. G und G des Schrittmotors 8 gleichzeitig in ähnlicher Weise erregt werden und der Rotor des Schrittmotors 8 intermittierend in der Richtung des Pfeils gemäß F i g. 6 gedreht wird. wodurch das Bypaßventil 10 intermittierend in Öffnungsrichtung gedreht wird. Wenn dagegen die Signalimpulse an den Eingang Oangelegt werden, wird der Rotor des Schrittmotors 8 in der entgegengesetzten Richtung gedreht und das Bypaßventil 10 intermittierend in Schließrichtung gedreht.

Die Regelung erfolgt somit intermittierend derart, daß die Antriebszeit r., und die Stillstandszeit τ> des Schrittmotors 8 entsprechend den Funktionselementen der Verzögerungszeit des Regelsystems, d. h_ der Drehzahl der Brennkraftmaschine und dem Unterdruck in der Ansaugleitung, festgelegt sind, wodurch die Ein-Aus-Steuerung des Schrittmotors 8 bewirkt wird.

Die Beziehung zwischen der Drehzahl der Brennkaftmaschine und der Verzögerungszeit des Regelsystems ist in F i g. y allgemein mit dem AnsaugieitungsumerdTick als Parameter dargestellt. Somit entspricht unter der Annahme, daß der Unterdruck in der Ansaugleitung konstant gehalten wird, eine Verzögerungszeit t\ des Regelsystems einer Drehzahl 1, während eine Verzögerungszeit fe des Regelsystems einer Drehzahl II entspricht. Wenn bei einem üblichen Integral-Regelsystem die Antriebsfrequenz für den Schrittmotor 8 auf einen Wert festgelegt ist, der bei Beschleunigungsperioden ein Ansprechen erlaubt, bis eine Änderung im Luft/Brennstoff-Verhältnis des Ansauggemisches durch den Abgas-K'eßfühler im Abgassystem ermittelt wird, wird der Schrittmoto*" kontinuierlich angetrieben und das Bypaßventil 10 in der in Fig. 10 durch die gestrichelten Linien III und III' dargestellten Weise angetrieben, wodurch eine übermäßig große Zusatzluft-

menge zugeführt wird. Folglich wird der Regelbereich des Luft/ßrennsioff-Verhältnisses (d. h. der Bereich der Abweichung vom vorgegebenen Luft/Brennstoff-Verhältnis) stark vergrößert und die Einiegelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf den vorgegebenen Wert verzögert. Demgegenüber wird bei dem vorstehend beschriebenen Regelsystem auch wenn die durch die .Schwingfrequenz, der Oszillaiorschaltung 7/? festgelegte Antriebsfrequenz, aes Schrittmotors 8 auf einen festen Wert eingeschränkt ist. bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine, wie sie in F i g. 9 mit der großen Verzögerungszeit dargestellt ist, wie sie in Fig. 9 mit der großen Verzögerungszeit dargestellt ist, das Ausmaß der Verstellung des Bypaßventils 10 durch den Schrittmotor8gemäß Fig. 10(unterbrochene Linie II) verringert, was auf die Tatsache zurückzuführen ist. daß die Laufzeit r., des Schrittmotors 8 auf r.,; (siehe Fig. 10) verringert wird, wodurch sich der Übersteuerungsbetrag im Vergleich zu dem herkömmlichen Regelsystem (gestrichelte Linie III') angemessen verringert und die geeignete Zusatzlultmenge zugeführt wird. Wenn dagegen die Drehzahl der Brennkraftmaschine hoch ist, wie es in F i g. 9 unter I dargestellt ist, und bei einer Beschleunigungsperiode eine kurze Verzögerungszeit auftritt, wird die Laufzeit r., des Schrittmotors 8 vergrößert, wie es in F i g. 10 mit r.._> dargestellt ist. so daß sich das Ausmaß der Verstellung des Bypaßventils 10 durch den Schrittmotor 8 ändert (siehe Fig. 10. Kurve I). Überdies wird, obwohl nicht dargestellt, beispielsv. eise während einer Beschleunigungsperiode, da der Unterdruck in der Ansaugleitung im allgemeinen vermindert und die Stillstandszeit 7>des Schrittmotors 8 ebenso verringert wird, die Steuergeschwindigkeit des Schrittmotores 8 vergrößert, so daß eine zufriedenstellende F-inrcgclung des Luft/Brcnnstoff-Verhältnisses auf den vorgegebenen Wert sichergestellt ist.

Obwohl das Regelsystem vorstehend im Zusammenhang mit einer mit einem Vergaser ausgestatteten ■, Brennkraftmaschine beschrieben worden ist, kann es gleichermaßen zur Kornpcnsierung der Luftdurchflußrate in der Bemessungsvorrichtung mechanisch gesteuerter Brennstoffeinspritzsysteme oder dergleichen Verwendung finden. Anstelle des Schrittmolurs 8 kann

iu als Antriebseinrichtung das Bypaßvcntil zur Regelung der Zusatzluftmenge auch jeder Gleichstrom- oder Wechselstrommotor in gleicher Weise zusätzlich zu anderen Vorrichtungen verwendet werden, die die Betätigung des Bypaßventils mechanisch und nicht

r, elektrisch steuern.

Ferner können, obwohl ein Drchzahlfühler und ein Druckfühier (für den UnierdrueH ais Detektoreinrichtungen für die Verzögerungszeit des Regelsystems verwendet worden sind, auch andere Sensoren zur

:n Ermittlung weiterer Verzögerungszeit-Faktoren des Regelsystems, wie beispielsweise des Ansaugluftstroms. des Venturi-Unterdrucks, der Stellung der Drosselklappe usw. eben;;o Verwendung linden.

Außerdem kann das Regelsystem bei Verwendung

: ■ eines Abgas-Meßfühlers der vorstehend beschriebenen A^rt auch zur Regelung eines Luftsiroms im Abgassystem, beispielsweise eine.» Zusatzluftstronis zum Katalysator, in angepaßter Form verwendet werden.

Anstelle der vorstehend beschriebenen Zeitgeber-

;., Steuerschaltung Ib kann auch in Abhängigkeit von der Verzögerungszeilchsrakteristik des Regelsystems eine andere Schaltung der mit einem Konstantspannungs-Lade- und Entladesystem arbeitenden Art Verwendung finden.

llier/u 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zusatzluft-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einem Bypaßluftkanal und einem darin j 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 ι ο Ansauggemisches bezeichnende Ausgangssignal eines Abgas-Meßfühlers einschließen, zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Luft/Brjnnstoff-Verhältniswertes des Ansauggemisches durch kompensierende Änderung der durch den Bypaßkanal π strömenden Zusatzluftmenge über eine mit den Meßfühlern verbundene Steuerschaltung und eine Antriebbeinrichtung derart «teuerbar 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 eine erste Detektoreir.rich- >-, tung (15, 7c, 7d\) zur Ermittlung eines ersten Verzögerungszeitfaktors zwischen dem Auftreten einer Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Ansauggemisches und deren Feststellung durch den Abgas-Meßfühler (6) als Änderung der Abgas- _J(| zusammensetzung und eine zweite Detektoreinrichtung (14, 7b, 7(Jt) zur Ermittlung eines zweiten Verzögerungszeitfaktors zwischen dem Auftreten einer Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Ansauggemisches und deren Feststellung durch j-> den Abgas-Meßfühler (6) als Änderung der Abgaszusammensetzung mit der Steuerschaltung (7) verbunden sind und daß diese Steuerschaltung in Abhängigkeit von dem Aujgangssignal der ersten Detektoreinrichtung (15, 7c, 7d\) die Ventil-Antriebszeit (T_a)(ür eine dem ersten Verzögerungszeitfaktor proportionale Zeitdauer und sodann in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der zweiten Detektoreinrichtung (14, 7b, 7c/₂) die Ventilstandszeit (tb) für eine dem zweiten Verzögerungszeitfak- ₄-, tor umgekehrt proportionale Zeitdauer in abwechselnder Folge verändert.

2. Zusatzluft-Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Detektoreinrichtung (15) ein der Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, daß die zweite Detektoreinrichtung (14) ein dem im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine (1) erzeugten Unterdruck entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, und daß die Steuerschaltung (7) eine 5^ Antriebszeit-Steuerschaltung (7c/i), die das der Drehzahl entsprechende Signal erhält und die Antriebszeit der Antriebseinrichtung (8) steuert, eine Stillstandszeit-Steue^rschaltung (7<fe), die das dem Ansaugunterdruck entsprechende Signal erhält und _b0 die Stillstandszeit der Antriebseinrichtung (8) steuert, und eine Schalteinheit (7g) aufweist, die auf die Ausgangssignale einer dem Abgas-Meßfühler (6) zugeordneten Vergleicherschaltung (7a), der Antriebszeit-Steuerschaltung (7d\) und der Stillstands- _b-~, zeit-Steuerschaltung (7<4) zur Betätigung der Antriebseinrichtung (8) anspricht.

3. Zusatzluft-Regelsystem nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Drehzahlsignal ein Digitalsignal ist und daß die Steuerschaltung (7) einen Digital-Analog-Umsetzer (7c) aufweist, der das digitale Drehzahlsignal in ein Analogsignal umsetzt.

4. Zusatzluft-Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilschalter (11) mit dem Bypaßventil (10) zur Ermittlung der vollständig geschlossenen Ventilstellung verbunden ist und ein diese Ventilstellung bezeichnendes Positionssignal abgibt, das der Steuerschaltung (7) zugeführt wird, die daraufhin verhindert, daß die Antriebseinrichtung (8) das Bypaßventi! (10) weiter in Schließrichtung antreibt.