DE2724209A1

DE2724209A1 - System zur steuerung eines luft- brennstoff-verhaeltnisses

Info

Publication number: DE2724209A1
Application number: DE19772724209
Authority: DE
Inventors: Tamotsu Fukuda; Tadashi Hattori; Takamichi Nakase; Akira Takata
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1977-12-08
Also published as: DE2724209C2; US4140093A; GB1571254A

Description

Bavariaring 4, Postfach 20 24 03 8000 München 2

Tel.: (0 89) 53 96 53-56 Telex:5 24 845tipat cable. Germaniapatent Mönchen 2 7.Mai 19 77 B 8158 case A2274-O3 Soken

Nippon Soken, Inc.

Nishio-shi,Japan

und

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha
Toyota-shi, Japan

System zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses

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Dresdner Bank (München) Kl·

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses für Brennkraftmaschinen.

Zur Erzielung der maximalen Leistungsfähigkeit bzw. des maximalen Wirkungsgrades einer zur Steuerung der Abgasemission von Kraftfahrzeugen modifizierten Brennkraftmaschine oder zur Gewährleistung der optimalen Reinigung von Abgasen durch einen zum Zwecke der Abgasemissionssteuerung in einer Brennkraftmaschine enthaltenen Abgasreinigungskatalysator muß das Luft-Brennstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine jeweils zugeführten Gemisches durch Zufuhr von Zusatzluft ständig genau gesteuert werden oder es muß alternativ die dem Katalysator zugeführte Zusatzluftmenge genau überwacht und gesteuert werden.

Es ist bereits ein Steuersystem dieser Art vorgeschlagen worden, bei dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches von einem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühler aufgrund der Konzentration eines Abgasbestandteiles wie z.B. dem in den Abgasen enthaltenen Sauerstoffanteil erfaßt und ein Steuerventil entsprechend dem Ausgangssignal des Meßfühlers kontinuierlich betätigt wird, so daß die Durchflußrate der zur Korrektur zugeführten Zusatzluft gesteuert und dadurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches eingestellt wird.

Bei diesem bekannten Steuersystem dient gewöhnlich ein Motor als Antriebseinheit zum Antrieb des Steuerventils und das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches wird im allgemeinen gesteuert, indem die Arbeitsgeschwindigkeit des Motors auf einem konstanten Wert gehalten wird, d.h., indem die Arbeitsgeschwindigkeit derart auf einen Optimalwert eingestellt wird, daß der Steuerbereich des Luft-

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Brennstoff-Verhältnisses sowohl im stationären oder eingeschwungenen Dauerbetriebszustand der Brennkraftmaschine als auch bei Ubergangsbetriebszuständen minimal gehalten wird.

Das bekannte Steuersystem ist jedoch insofern nachteilig, als aufgrund der Tatsache, daß das Steuerventil ständig kontinuierlich betätigt wird und die Auswirkung des Verzögerungszeitfaktors wegen des Konstanthaltens der Betriebsgeschwindigkeit auch dann keine praktische Berücksichtigung erfährt, wenn die Betriebsgeschwindigkeit auf den vorstehend bereits erwähnten Optimalwert eingestellt ist, sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches unter dem Einfluß des Verzögerungszeitfaktors zwischen demjenigen Zeitpunkt, zu dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches im Ansaugsystem durch Zufuhr von Zusatzluft geändert wird, und demjenigen Zeitpunkt, zu dem diese Änderung von dem Meßfühler erfaßt wird, beträchtlich verändert, wodurch sich der Steuerbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses vergrößert, so daß es unmöglich wird, eine zufriedenstellende Steuerung oder Regelung über einen weiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.

Insbesondere steigt bei geringer Belastung im niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, in welchem die Ansaugluftmenge gering ist, die Verzögerungszeit an, wodurch ein Nacheilen oder ein Nachlaufphänomen verursacht wird, das es unmöglich macht, eine volle Ausnutzung der Reinigungskapazität des katalytischen Konverters zu gewährleisten, wobei darüberhinaus Schwankungen und Rüttelerscheinungen beim Fahren des Fahrzeugs mit der Folge einer Verschlechterung des Fahrverhaltens auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes System zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses zu schaffen, bei dem unter Vermeidung der vor-

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stehend genannten Nachtelle des Standes der Technik die Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches aufgrund der Verzögerungszeit einer Brennkraftmaschine zur Verbesserung des Ansprechverhaltens minimal gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Steuersystem zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses weist somit einen Zusatzluftdurchlaß zur Zufuhr von Zusatzluft zu dem Ansaugsystem oder dem Auslaßsystem der Brennkraftmaschine entsprechend dem Ausgangssignal eines in dem Auslaßsystem angebrachten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühlers sowie ein in dem Zusatzluftdurchlaß zur Steuerung des Durchlaßbereiches bzw. -querschnittes angebrachtes Steuerventil auf, wobei das Steuerventil immer dann, wenn ein mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine synchronisierter Zeitsteuerimpuls erzeugt wird, intermittierend um einen vorgegebenen Betrag gedreht wird,so daß aufgrund der Verzögerungszeit auftretende Änderungen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses minimal gehalten werden.

Da die Frequenz der Zeitsteuerimpulse bei plötzlichen Beschleunigungs-und Verzögerungsperioden erhöht wird, läßt sich ein besseres Ansprechverhalten erzielen.

Außerdem wird das Ansprechverhalten dadurch verbessert, daß das Bewegungsmaß des Steuerventils während der Dauer plötzlicher Beschleunigungs-oder Verzögerungsperioden der Brennkraftmaschine im Vergleich zu demjenigen im stationären oder eingeschwungenen Dauerbetriebszustand der Brennkraftmaschine erhöht wird.

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Da zusätzlich zu der Betätigung des Steuerventils entsprechend der Erzeugung eines jeden Zeltsteuerlmpulses das Steuerventil In einem vorgegebenen Maß betätigt wird, wenn das Ausgangssignal das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühlers von einem Zustand in einen anderen Zustand übergeht, lassen sich auf der Verzögerungszeit beruhende Änderungen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses verringern und ein besseres Ansprechverhalten erzielen.

Außerdem unterscheidet sich das vorgegebene Bewegungsmaß des Steuerventils in der Öffnungsrichtung des Ventils von demjenigen in der Schließrichtung des Ventils, so daß eine Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf jeden beliebigen Wert erzielbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben; Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 teilweise im Schnitt eine schematische Darstellung des Aufbaus des bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwendeten Beschleunigungs Verzögerungsschalters,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwendeten Steuereinheit,

Fig. 4 ein Schaltbild der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwendeten Steuereinheit,

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Fig. 5 einenlmpuls-bzw. Signalplan zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 1,

Fig. 6 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 einen Impuls-bzw. Signalplan zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 6,

Fig. 8 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer dritten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 9 und 10 Schaltbilder, die die Hauptbauelemente modifizierter Ausführungsformen der Steuereinheit gemäß den Fig.4 und 6 veranschaulichen.

Gemäß Fig. 1, in der der Gesamtaufbau der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht ist, ist eine Brennkammern aufweisende Brennkraftmaschine 1 derart aufgebaut, daß den Brennkammern von einem Vergaser 2 über eine Ansaugleitung 3 ein Luft-Brennstoff-Gemisch zugeführt wird. Die Brennkraftmaschine 1 ist ein üblicher Viertakt-Otto-Motor .

Im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine 1 ist ein Drosselventil oder eine Drosselklappe 4 in dem unteren bzw. stromabwärts gelegenen Teil des Vergasers 2 angebracht, während ein Luftfilter 5 oberhalb bzw. stromaufwärts des Vergasers 2 vorgesehen ist. Ein Zusatz-oder Nebenluftdurchlaß verbindet den Luftfilter 5 mit dem Vergaser 2 unterhalb des Drosselventils 4, wobei der Zusatzluftdurchlaß 6 derart angeordnet ist, daß er die Brennstoffdüse und das Drosselventil 4

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des Vergasers 2 umgeht.

In dem Auslaßsystem der Brennkraftmaschine 1 sind eine Auslaßleitung 7 und ein einen Abgasreinigungskatalysator wie z.B. einen Dreiwege-Katalysator enthaltender katalytischer Konverter 8 angeordnet, und außerdem befindet sich in der Auslaßleitung 7 ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühler 9, der durch Verwendung eines Metalloxids wie Zirkondioxid oder Titandioxid die Konzentration von Sauerstoff als Bestandteil der Abgase feststellt und dadurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches ermittelt, das mit dem Sauerstoffgehalt oder Sauerstoffanteil in Wechselbeziehung steht.

Im Falle der Verwendung von Zirkondioxid für den Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühler 9 wird eine EMK von ungefähr 1 V erzeugt, wenn das der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Luft-Brennstoff-Gemisch fetter bzw. angereichterter als das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis ist, während eine EMK von ungefähr 100 mV erzeugt wird, wenn das der Brennkraftmaschine 1 zugeführt Luft-Brennstoff-Gemisch magerer als das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis ist, wobei sich die EMK im Bereich des stöchiometrischen Luft-Brennstoff -Verhältnisses stufenweise bzw. sprungartig ändert.

Eine verschiedene elektronische Schaltkreise umfassende Steuereinheit 10 dient dazu, einen Schrittmotor 11 intermittierend derart anzusteuern, daß der Schrittmotor 11 eine sprungartige Drehbewegung in einer gewählten Antriebsrichtung entsprechend den von verschiedenen Meßfühlern einschließlich des Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühlers 9 abgegebenen Signalen ausführt. Die Aufgabe des Schrittmotors 11 besteht darin, ein in dem Zusatzluftdurchlaß 6 angebrachtes Steuerventil 12 zu öffnen und zu schließen, zu welchem Zweck die Antriebswelle des Schrittmotors 11 mit der Welle bzw. dem Schaft des Steuerventils 12 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Schrittmotor 11 ein

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vierphasig bzw. zweiphasig erregbarer Motortyp.

Das Steuerventil 12 ist ein übliches rechteckiges Drosselventil bzw. eine rechteckige Drosselklappe, die in dem Zusatzluftdurchlaß 6 angebracht ist. Das Steuerventil ist mit einem die vollständig geschlossene Ventilstellung erfassenden Schalter 13 versehen, der eingeschaltet bzw. geschlossen ist, wenn sich das Steuerventil 12 in seiner vollständig geschlossenen Stellung befindet und der in jeder anderen Stellung des Steuerventils 12 abgeschaltet bzw. geöffnet ist, wobei das Ausgangssignal des Schalters 13 der Steuereinheit 10 zugeführt wird.

Ein Drehzahl-Meßwertgeber 14 dient zur Erzeugung eines Signals synchron mit der Drehbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 oder entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, wobei bei dieser Ausführungsform das von der Primärwicklung der üblicherweise im Zündsystem der Brennkraftmaschine 1 Verwendung findenden Zündspule abgegebene intermittierende Signal ausgenutzt und als Ausgangssignal der Steuereinheit 10 zugeführt wird.

Ein Beschleunigungs/Verzögerungsschalter 15 ist in der Ansaugleitung 3 angebracht und wird entsprechend den Änderungen des in der Ansaugleitung herrschenden Ansaugvakuums elektrisch ein-und abgeschaltet. D.h., der Schalter wird bei einer plötzlichen Änderung des Ansaugvakuums wie im Falle einer Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine 1 eingeschaltet bzw. geschlossen und sein Ausgangssignal der Steuereinheit 10 zugeführt. Der Aufbau dieses Beschleunigungs/Verzögerungsschalters 15 ist in Fig. 2 dargestellt und veranschaulicht, daß der Schalter 15 ein sog. Membranschalter, d.h., ein Schalter des Membrantyps ist. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, weist der Schalter 15 zwei von einem Gehäuse 15a gebildete Kammern 15c und 15d sowie eine Membran 15b auf, wobei die Kammern über eine öffnung 15 e

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in der Membran- 15b miteinander in Verbindung stehen. Die Kammern 15c und 15d sind jeweils mit Federn 15£. und 15f_ versehen, die einen Druck auf die Membran 15 b ausüben, wobei die Kammer 15c außerdem mit der Ansaugleitung 3 in Verbindung steht. An der Membran 15b ist ein elektrisch leitendes Achselement 15g fest angebracht, das an seinem vorderen Ende einen Kontakt 15h aufweist. Ein Gleitkontakt 15i steht ständig mit dem Achselement 15g in Berührung, während Anschlüsse 15j und 15k derart angeordnet sind, daß sie jeweils nur dann mit dem Achselement 15g in Kontakt stehen, wenn dieses bestimmte vorgegebene Stellungen einnimmt. Ein Relais 15m wird in Abhängigkeit davon, ob das Achselement 15g mit den Anschlüssen 15 j und 15 k in Kontakt steht oder nicht, derart betätigt, daß Kontakte 15m. und 15m₂ geschlossen werden bzw. sind, wenn die Anschlüsse Kontakt haben, während die Anschlüsse 15m. und 15m, geschlossen werden bzw. sind, wenn die Anschlüsse keinen Kontakt haben. Auf diese Weise wird das Relais 15m entsprechend einer Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine 1 von einer Schaltstellung in die andere gebracht.

Der Drehzahl-Meßwertgeber 14 und der Beschleunigungs Verzögerungsschalter 15 bilden zusammen eine Verzögerungszeit-Erfassungseinheit zur Ermittlung des Verzögerungszeitfaktors der Brennkraftmaschine 1.

Im folgenden soll zunächst die Steuereinheit 10 unter Bezugnahme auf ihr Blockschaltbild gemäß Fig. 3 beschrieben werden. Die Steuereinheit 10 erhält als Eingangssignale das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Signal des Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühlers 9, das dem mit dem Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches in enger Beziehung stehenden Sauerstoffgehalt der Abgase entspricht, die Ausgangssignale des Drehzahl-Meßwertgebers 14 und des Beschleunigungs/Verzögerungsschalters 15, die die Verzögerungszeit-Erfassungseinheit bilden, und das Ausgangssignal des Schalters 13

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für die vollständig geschlossene Stellung des Steuerventils 12. Die Steuereinheit 10 umfaßt eine Luft/Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a zur Unterscheidung des Luft-Brennstoffverhältnis-Signals, eine Steuerimpulsgeneratorschaltung 10b zur Erzeugung von Zeitsteuerimpulsen mit einer dem Verzögerungszeitfaktor der Brennkraftmaschine 1 entsprechenden Dauer eine Oszillatorschaltung 10c zur Erzeugung von Taktimpulsen mit einer vorgegebenen Frequenz, eine auf die Zeitsteuerimpulse und die Taktimpulse ansprechende Impulsgeneratorschaltung 1Od zur Erzeugung von Betätigungsimpulsen zur Betätigung des Schrittmotors 11, eine Befehlsschaltung 10e zur logischen Steuerung der Ausgangssignale der Luft/Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a und der die Betätigungsimpulse abgebenden Impulsgeneratorschaltung 10d, ein Zweirichtungsschieberegister 10f, dessen Ausgangssignale entsprechend den von der Befehlsschaltung 1Oe abgegebenen Signalen aufeinanderfolgend weitergeschoben bzw. weitergeschaltet werden und eine Stromversorgungsschaltung 10g zur Steuerung der Erregung des Schrittmotors 11 entsprechend den von dem Zweirichtungsschieberegister 1Of abgegebenen Ausgangssignalen, wodurch der Schrittmotor 11 in der richtigen Weise betrieben wird.

Nachstehend soll die Steuereinheit 10 nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 im einzelnen beschrieben werden. Die Luft/Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a umfaßt einen Eingangswiderstand 101, Spannungsteilerwiderstände 102 und 103 sowie einen Operationsdifferenzverstärker 104, dessen nicht-invertierender Eingangsanschluß über den Eingangswiderstand 101 mit dem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühler verbunden ist, während sein invertierender Anschluß an dem Spannungsteilerpunkt der Spannungsteilerwiderstände 102 und 103 liegt. Das Ausgangssignal des Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühlers 9 wird mit der von den Spannungsteilerwiderständen 102 und 103 bestimmten, vorgegebenen Spannung (der Spannung gleich der von dem Luft-Brennstoffverhältnis-

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Meßfühler 9 im Bereich des stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses erzeugten EMK) derart verglichen, daß ein Ausgangssignal des Wertes "1" an einem Ausgangsanschluß A der Luft/Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a abgegeben wird, wenn das Ausgangssignal des Luft-Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 9 über der vorgegebenen Spannung liegt bzw. das Luft-Brennstoffgemisch verglichen mit dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis fett bzw. angereichert ist, während ein Ausgangssignal des Wertes "0" an dem Ausgangsanschluß A abgegeben wird, wenn die Ausgangsspannung des Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühlers 9 unter der vorgegebenen Spannung liegt bzw. das Luft-Brennstoff-Gemisch im Vergleich zu dem stöchiometrischen Verhältnis mager ist, wie dies unter (c) in Fig. 5 dargestellt ist.

Die die Zeitsteuerimpulse erzeugende Steuerimpulsgeneratorschaltung 10b besteht aus einer Regenerations-oder Impulsformerschaltung, die Widerstände 105, 107 und 108, einen Kondensator 106 und einen Transistor 109aufweist,einem Binärzähler 110 sowie einer Impuls-Differenzierschaltung

welche aus einem Inverter 111, einem Widerstand 112, einem Kondensator 113 und einem UND-verknüpfungsglied 114 besteht. Die von der Primärwicklung der den Drehzahl-Meßwertgeber 14 bildenden Zündspule erzeugten Impulssignale werden somit von der Impulsformerschaltung regeneriert und sodann in dem Binärzähler 110 einer Frequenzteilung unterworfen. In diesem Falle wird das Teilverhältnis durch den Beschleunigungs/Verzögerungsschalter 15 bestimmt, wobei es bei dieser Ausführungsform derart eingestellt ist, daß ein Ausgangssignal Q₁ (das einer Frequenzteilung mit dem Wert 1/2 unterworfen ist ) während der Beschleunigungs-Verzögerungsperioden erzeugt wird, während ein Ausgangssignal Q₃ (das einer Frequenzteilung mit dem Wert 1/8 unterworfen ist ) beim Vorliegen anderer Betriebszustände erzeugt wird. Die Impuls-Differenzierschaltung bildet aus den frequenzgeteilten Ausgangssignalen des Binärzählers 110 positiv

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differenzierte Impulse, wie dies unter (b) in Fig. 5 dargestellt ist. Es ist somit ersichtlich, daß diese differenzierten Impulse oder Zeitsteuerimpulse synchron mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine erzeugt werden und eine der Drehzahl der Brennkraftmaschine umgekehrt proportionale Dauer bzw. Periode aufweisen, wobei die Dauer bzw. Periode dieser differenzierten Impulse während der Dauer von Beschleunigungs-und Verzögerungsperioden 1/4 derjenigen Dauer bzw. Periode beträgt, die im normalen Betriebszustand erzeugt wird. Die Oszillatorschaltung 10c besteht aus Invertern 115 und 116, aus einem Widerstand 117 und einem Kondensator 118 und erzeugt Grundtaktimpulse zur Betätigung des Schrittmotors 11. Die die Betätigungsimpulse erzeugende Impulsgeneratorschaltung 1Od besteht aus einem NOR-Verknüpfungsgliedes119 und 120 aufweisenden R S-Flip-Fl op, einem NOR-Verknüpfungsglied 121 und einem Dekadenzähler 122. Der Dekadenzähler 122 ist derart aufgebaut, daß bei Zuführung eines differenzierten Impulses des Wertes "1" zu seinem Rückstellanschluß seine sämtlichen Ausgänge Q_Q bis Qg auf den Wert "0" zurückgestellt werden. Die Zählung erfolgt jeweils dann, wenn der dem Eingangsanschluß CI zugeführte Taktimpuls von dem Wert "0" auf den Wert "1" übergeht, und es wird ein Ausgangssignal jeweils nacheinander an den Ausgängen Q_Q, Q.

und Q₉ in dieser Reihenfolge abgegeben. Bei dieser Ausführungsform ist der Dekadenzähler 122 derart aufgebaut, daß er nach Erreichen der Grundzahl 10 wieder von vorne zu zählen beginnt, wobei ein Signal des Wertes "1" an seinem überlauf-oder Übertrag-Anschluß CO jeweils dann abgegeben wird, wenn die Zählung die Grundzahl 10 erreicht hat. In dem Rs-Flip-Flo.p triggertder von deHmpulsgeneratorschaltung 10b abgegebene Zeitsteuerimpuls das NOR-Verknüpfungsglied 119, wodurch dessen Ausgangssignal den Wert "0" annimmt, so daß das NOR-Verknüpfungsglied 121 geöffnet wird und die von der Oszillatorschaltung 10c abgegebenen Taktimpulse dem Eingangsanschluß CI des Dekadenzählers 122 zugeführt werden. Gleichzeitig wird der Dekadenzähler 122 durch den Zeitsteuerimpuls

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zurückgestellt, damit die Zählung zum Zeitpunkt der Zuführung des Zeitsteuerimpulses einsetzt, so daß, wenn i Taktimpulse gezählt werden, das Ausgangssignal des Ausganges Q. den Wert "1" annimmt und das NOR-Verknüpfungsglied des RS-Flip-Flops getriggert wird. Das Ausgangssignal des NOR-Verknüpfungsgliedes 119 nimmt daher den Wert "1" an, und das NOR-Verknüpfungsglied 121 wird gesperrt, wodurch bewirkt wird, daß der Dekadenzähler 122 die Zählung unterbricht bzw. einstellt. Als Ergebnis werden i Taktimpulse (d.h. die Anzahl der Impulse ist i) für jeden Zeitsteuerimpuls erzeugt, wie dies unter (d) in Fig. 5 dargestellt ist, was bedeutet, daß Betätigungsimpulse während der Dauer eines vorgegebenen Zeitintervalles als Ausgangssignale des NOR-Verknüpfungsgliedes 121 erzeugt werden. Bei dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Betätigungsimpulse auf den Optimalwert voreingestellt, um den Steuerbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses sowohl bei stationären oder eingeschwungenen Dauerbetriebszuständen als auch bei Ubergangszuständen zu verkleinern.

Der die vollständig geschlossene Stellung des Steuerventils 12.erfassende Schalter 13 besteht aus einem Widerstand 13a und einem Schalter 13b und ist derart aufgebaut, daß, wenn das Steuerventil 12 die vollständig geschlossene Stellung erreicht hat, der Schalter 13b geschlossen wird und das Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluß P den Wert "O" annimmt.

Die Ausgangssignale der Luft/Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a, der die Betätigungsimpulse erzeugenden Impulsgeneratorschaltung 10b und des die vollständig geschlossene Stellung des Steuerventils 12 feststellenden Schalters 13 werden der Befehlsschaltung 10ezugeführt, die wiederum die erforderlichen Vorwärts-, Rückwärts-und Haltesignale für den Schrittmotor 11 erzeugt.

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Die Befehlsschaltung 1Oe besteht aus einem Inverter 123 und UND-Verknüpfungsgliedern 124 und 125 und dient zur logischen Steuerung des Schrittmotors 11. Wenn einem Eingangsanschluß P des Zweirichtungsschieberegisters 10f, das als Eingangssignale die Ausgangssignale der NAND-Verknüpfungsglieder 124 und 125 der Befehlsschaltung i0^e erhält, Impulssignale zugeführt werden, werden seine Ausgangsanschlüsse Q-I, Q₂, Qo und Q. aufeinanderfolgend weitergeschaltet. Wenn dagegen die Impulssignale einem Eingangsanschluß C des Zweirichtungsschieberegisters 1Of zugeführt werden, werden die Ausgangsanschlüsse Q₄, Q₃, Q₂ und Q- in dieser Reihenfolge sequentiell weitergeschaltet. Die Ausgangsanschlüsse Q., Q₂, Q₃ und Q₄ sind mit der Stromversorgungsschaltung 10g verbunden, die aus Widerständen 126, 127, 128 und 129 Transistoren 130, 131, 132, und 133 sowie aus Dioden 134, 135, 136 und 137, die eine Gegen-EMK abfangen, besteht, wobei die Stromversorgungsschaltung 10g wiederum mit Feldspulen C₁, C₂, C₃ und C₄ des Vierphasen-Schrittmotors 11 verbunden ist. Wenn die Impulssignale dem Eingangsanschluß P des Zweirichtungsschieberegisters 1Of zugeführt werden, werden die Transistoren 130, 131, 132 und 133 aufeinanderfolgend durchgeschaltet, wodurch die Feldspulen C-, C₂,C₃ und C₄ des Schrittmotors 11 gleichermaßen jeweils zweiphasig erregt werden. Dementsprechend wird der Rotor des Schrittmotors 11 in Pfeilrichtung gemäß Fig. 4 gedreht, so daß das Steuerventil 12 in der Öffnungsrichtung des Ventils gedreht wird. Wenn dagegen die Impulssignale dem anderen Eingangsanschluß C zugeführt werden, wird der Rotor des Schrittmotors in einer der Pfeilrichtung gemäß Fig. 4 entgegengesetzten Richtung gedreht, so daß das Steuerventil 12 in der schließrichtung des Ventils gedreht wird.

Die Steuereinheit 10 und der Schrittmotor 11 werden von einer Batterie 201 mit Strom versorgt, und zwar über einen Schalter 200, der in Wirkverbindung mit dem Zündschalter der Brennkraftmaschine 1 steht.

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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dosiert der Vergaser 2 den Brennstoff In der üblichen Weise und ist hinsichtlich seiner Bauart mit den bekannten Vergasern identisch, jedoch mit der Ausnahme, daß er zur Bildung eines Gemisches eingestellt ist, das hinsichtlich seines Brennstoffanteils im Vergleich zu dem Luft-Brennstoff-Verhältnis des zu steuernden und erhaltenden gewünschten Luft-Brennstoff -rGemisches ein wenig angereichert bzw. fett ist.

Die gewöhnliche Hauptluft wird in dem Vergaser 2 mit der entsprechenden Brennstoffmenge gemischt und das sich ergebende Gemisch der Brennkraftmaschine 1 über die Ansaugleitung 3 zugeführt. Nachdem das Gemisch in der Brennkraftmaschine 1 verbrannt worden ist, werden die Abgase über die Auslaßleitung 7 und den katalytischen Konverter 8 in die Atmosphäre abgeleitet, wobei zu diesem Zeitpunkt das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches von dem in einem Teil des Abgasdurchlasses der Abgasleitung 7 angebrachten Luft-Brennstoff -Verhältnis-Meßfühler 9 festgestellt wird. Das Ausgangssignal des Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühlers 9 wird der Steuereinheit 10 zugeführt, die wiederum bestimmt, ob das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches kleiner (fetter) oder größer (magerer) als das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis ist. Wenn das Gemisch fetter ist, wird der Schrittmotor 11 in Form einer sprungartigen Bewegung in eine Richtung gedreht, in der sich das in dem Zusatzluftdurchlaß 6 angeordnete Steuerventil 12 öffnet, während, wenn das Gemisch magerer ist, der Schrittmotor 11 in Form einer sprungartigen Bewegung in einer Richtung gedreht wird, in der sich das Steuerventil 12 schließt, so daß das Gemisch durch die Zusatzluft zur Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses entsprechend dem stöchiometrischen Verhältnis ausgeglichen wird. Um zu verhindern, daß die Luft/ Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a das Steuerventil 12 weiterdreht und es in eine Uberschwing-bzw. Ubersteuerungsposition bringt, wenn das Luft-Brennstoffgemisch das stöchio-

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metrische Luft-Brennstoff-Verhältnis auch dann nicht erreicht, wenn das Steuerventil 12 bereits vollständig geschlossen ist, wird bei diesem Vorgang, wenn der Stellungsschalter 13 feststellt, daß sich das Steuerventil 12"in der vollständig geschlossenen Position befindet, der Schalter 13b geschlossen und damit auch das NAND-Verknüpfungsglied 125 gesperrt, wodurch die Zuführung der Impulssignale zu dem Zweirichtungsschieberegister 1Of unterbrochen bzw. beendet und dadurch eine Drehbewegung des Schrittmotors 11 in derjenigen Richtung, in der das Steuerventil 12 weiter in der Schließrichtung des Ventils gedreht wird, verhindert wird.

Im folgenden soll die Art der Steuerung des Schrittmotors 11 unter Bezugnahme auf Fig. 5 näher beschrieben werden. Wenn die Brennkraftmaschine 1 beschleunigt oder verzögert wird, wie dies unter (a) in Fig. 5 dargestellt ist, wird der Beschleunigungs/Verzögerungsschalter 15 entsprechend dem unter (a) in Fig. 5 dargestellten Signalverlauf von einer Schaltstellung in die andere umgeschaltet. Entsprechend den von dem Drehzahl-Meßwertgeber 14 und dem Beschleunigungs-Verzögerungsschalter 15 abgegebenen Signalen erzeugt die Steuerimpulsgeneratorschaltung 10b Zeitsteuerimpulse, wie sie unter (b) in Fig. 5 dargestellt sind. Während des Zeitintervalles zwischen der Zeit t. und der Zeit tj bzw. während der Beschleunigungs-oder Verzögerungsperiode wird die Dauer der Zeitsteuerimpulse auf ungefähr 1/4 derjenigen Dauer reduziert, die bei stationären oder eingeschwungenen Dauerbetriebszuständen erhalten wird, obwohl sie von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 abhängig ist. Dementsprechend erzeugt die Impulsgeneratorschaltung 1Od Betätigungsimpulse synchron mit den Zeitsteuerimpulsen, wie dies unter (d) in Fig. 5 dargestellt ist. Außerdem wird das von dem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühler 9 abgegebene Signal, das entsprechend den Änderungen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des von dem Vergaser 2 gebildeten Gemisches variabel ist, von der Luft/Brennstoff-Unterscheidungs-

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B 815827?/,?f)9 schaltung 10a ausgewertet, die wiederum ein Ausgangssignal abgibt, wie es unter (c) in Fig. 5 dargestellt ist.

Die Drehrichtung des Schrittmotors 11 wird somit von dem unter (c) in Fig. 5 dargestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Signal bestimmt, während die zeitliche Steuerung der Drehbewegung und die Dauer der Drehbewegung (der Drehwinkel) des Schrittmotors 11 von den unter (d)in Fig. 5 dargestellten Betätigungsinpulsen bestimmt werden, was zu einer intermittierenden Drehbewegung des Schrittmotors 11 führt. Dieser Vorgang ist unter (e) in Fig. 5 durch die Linie I in Form eines Bewegungsablaufes veranschaulicht, so daß aus Fig. 5 ersichtlich ist, daß der Schrittmotor 11 während einer vorgegebenen Zeitdauer, die kürzer als die Dauer der Zeitsteuerimpulse ist, synchron mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 betätigt wird, wobei der Schrittmotor 11 während der restlichen Zeitabschnitte vorübergehend angehalten wird.

Es ist somit ersichtlich, daß der Schrittmotor 11 bei dieser Ausführungsform synchron zu einem Zeitsteuerimpuls während einer vorgegebenen Zeitdauer derart betätigt wird, daß er eine Drehbewegung in einem vorgegebenen Ausmaß durchführt, wobei er während der restlichen bzw. verbleibenden Zeitdauer vorübergehend angehalten wird und dieser Vorgang wiederholt erfolgt. Dies führt dazu, daß die über den Zusatzluftdurchlaß 6 der Ansaugleitung 3 zugeführte Zusatzluftmenge intermittierend vergrößert und verkleinert wird.

Dies erlaubt eine Steigerung der Antriebsgeschwindigkeit (Steigung der Linie I in Fig. 5e) des Steuerventils 12 durch den Schrittmotor 11, wodurch das Ansprechverhalten des Steuerventils 12 verbessert und dadurch der Steuerbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches verringert werden.

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Bei Ubergangsbetriebszuständen, wie etwa während der Beschleunigungs-oder Verzögerungsperioden der Brennkraftmaschine 1, bei denen eine plötzliche Änderung der in die Brennkraftmaschine 1 angesaugten Luftmenge auftritt, wird ferner bei dieser Ausführungsform die Dauer bzw. Periode der Zeitsteuerimpulse auf ungefähr 1/4 der üblichen Dauer bzw. Periode reduziert, was dazu führt, daß der Betriebszyklus des Schrittmotors 11 entsprechend verkleinert wird, so daß die öffnung des Steuerventils 12 schnell verändert und dadurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches schnell auf das gewünschte Luft-Brennstoff-Verhältnis zurückgeführt wird.

Wenn die Änderung der Ansaugluftmenge wie im Falle von stationärem oder eingeschwungenen Dauerbetriebszuständen relativ gering ist, wird die Dauer bzw. Periode der Zeitsteuerimpulse erhöht, was dazu führt, daß auch der Operationszyklus des Schrittmotors 11 vergrößert wird, so daß das Steuerventil 12 in der richtigen, zweckmäßigen Weise geöffnet und geschlossen wird.

Außerdem wird bei dieser Ausführungsform dann, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine hoch und die Ansaugluftmenge groß sind, d.h. wenn die Verzögerungszeit kurz ist, die Dauer bzw. Periode der Zeitsteuerimpulse proportional zu der Drehzahl der Brennkraftmaschine verringert, was dazu führt, daß auch der Betriebszyklus des Schrittmotors 11 verkleinert wird, so daß die öffnung des Steuerventils 12 schneller verändert wird und dadurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches schnell auf das erwünschte Luft-Brennstoff-Verhältnis zurückgeführt wird, ohne eine große Änderung aufgrund des Verzögerungszeitfaktors der Brennkraftmaschine 1 zu erfahren. Bei einem Betriebszustand dagegen, bei dem die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig und die Ansaugluftmenge gering sind, d.h., bei einem Betriebszustand, bei dem die Verzögerungszeit groß ist, wird der Betriebszyklus des Schrittmotors 11 vergrößert und die öffnung

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des Steuerventils 12 im Ganzen langsamer verändert, was sich mit der erhöhten Verzögerungszeit der Brennkraftmaschine 1 deckt. Auf diese Weise wird bei geringer Belastung im niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine jegliche übermäßige Zufuhr von Zusatzluft vermieden, wodurch der Steuerbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches verringert und das Auftreten von Schwankungen und Rüttelerscheinungen beim Lauf der Brennkraftmaschine 1 vermieden werden.

Aufgrund der Tatsache, daß der Schrittmotor 11 entsprechend Zeitsteuerimpulsen, deren Dauer bzw. Periode gemäß der Verzögerungszeit der Brennkraftmaschine 1 geändert wird, intermittierend betätigt und angehalten wird und dieser Vorgang zum Antrieb des Steuerventils 12 wiederholt erfolgt, wird somit die Zusatzluftmenge ständig über einen weiten Bereich von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine genau und zweckmäßig gesteuert.

Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung werden die erforderlichen Zeitsteuerimpulse erzeugt, indem die Maschinendrehzahl und der plötzliche Beschleunigungs/Verzögerungszustand der Brennkraftmaschine als Parameter verwendet werden.

Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die nachstehend näher beschrieben wird, wird zusätzlich zu der Einbeziehung der Maschinendrehzahl und des plötzlichen Beschleunigungs/Verzögerungszustandes ein Zeitsteuerimpuls erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Luft-Brennstoff-Ver -hältnis-Meßfühlers seinen vorherigen Zustand ändert, wodurch sich die Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses aufgrund der Verzögerungszeit der Brennkraftmaschine verkleinern und dadurch ein verbessertes Ansprechverhalten erzielen läßt. Da die zweite Ausführungsform der Erfindung größtenteils mit der ersten Ausführungsform identisch ist,

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sollen nachstehend lediglich die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen kurz beschrieben werden.

Hierbei wird auf Fig. 6 und die bereits in Verbindung mit Fig. 4 erfolgte Beschreibung Bezug genommen. Gemäß Fig. 6 weist die die Zeitsteuerimpulse erzeugende Steuerimpulsgeneratorschaltung 10b zusätzlich zu der Regenerations-oder Impulsformerschaltung und dem Binärzähler 110 eine erste Impuls-Differenzierschaltung auf, die aus einem Inverter 111, einem Widerstand 112, einem Kondensator und einem NAND-Verknüpfungsglied 114a besteht. Diese erste Impuls-Differenzierschaltung erzeugt synchron zu den frequenzgeteilten Ausgangssignalen des Binärzählers 110 negativ differenzierte Impulse, wie dies unter (b) in Fig. 7 dargestellt ist. Die Steuerimpulsgeneratorschaltung 10b weist ferner eine zweite Impuls-Differenzierschaltung die aus Invertern 146 und 147, einem Widerstand 148, einem Kondensator 149 und einem NAND-Verknüpfungsglied 150 besteht, eine dritte Impuls-Differenzierschaltung, die in ähnlicher Weise aus einem Inverter 151, einem Widerstand 152, einem Kondensator 153 und einem NAND-Verknüpfungsglied 154 besteht, sowie ein NAND-Verknüpfungsglied 155 auf, das mit der ersten, zweiten und dritten Impuls-Differenzierschaltung verbunden ist.

Die zweite und dritte Impuls-Differenzierschaltung erhalten als Eingangssignal das Ausgangssignal der Luft/ Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a, so daß, wenn das Ausgangssignal der Luft/Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a von dem Wert "1" auf den Wert "0" übergeht (was die Änderung eines fetten Gemisches zu einem mageren Gemisch bezeichnet), die zweite Impuls-Differenzierschaltung negativ differenzierte Impulse erzeugt, während dann, wenn das Ausgangssignal der Luft/Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a von dem Wert "0" auf den Wert "1" übergeht (was die Änderung eines mageren Gemisches zu einem fetten Gemisch bezeichnet), die dritte Impuls-Differenzierschaltung negativ

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differenzierte Impulse erzeugt. Diese drei Arten differenzierter Impulse werden über das NAND-Verknüpfungsglied 155 abgegeben, so daß der unter (c) In Flg. 7 dargestellte resultierende Ausgangssignalverlauf die Überlagerung bzw. Superposition der mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine synchronisierten differenzierten Impulse darstellt und eine Dauer bzw. Perlode aufweist, die von dem Beschleunigungs / Verzögerungsschalter (Fig.7b) und den differenzierten Impulsen verändert wird, die entsprechend den Änderungen des von der Luft/Brennstoff-UnterScheidungsschaltung 10 a erzeugten Luft-Brennstoffverhältnis-Signals erzeugt werden.

Der restliche Aufbau ist mit dem jeweils entsprechenden Aufbau der ersten Ausführungform gemäß Fig. 4 identisch und soll daher nicht erneut beschrieben werden.

Die zweite Ausführungsform weist folgende Wirkungsweise auf.

In ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform wird der Schrittmotor 11 synchron mit jedem Zeitsteuerimpuls während einer vorgegebenen Zeit zur Ausführung einer einen vorgegebenen Betrag umfassenden Drehbewegung betätigt und für den Rest dieser Zeitdauer angehalten. Als Ergebnis wird die über den Zusatzluftdurchlaß 6 der Ansaugleitung 3 zugeführte Zusatzluftmenge ebenfalls intermittierend vergrößert und verkleinert. Die von dem Schrittmotor 11 bestimmte Antriebsgeschwindigkeit des Steuerventils 12 (die Steigung der Linie I in Fig. 7f) läßt sich somit zur Erzielung eines verbesserten betrieblichen Ansprechverhaltens des Steuerventils 12 und damit zur Verringerung der Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses erhöhen.

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an

Da außerdem die benötigten Zeitsteuerimpulse aus den mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 synchronisierten differenzierten Impulsen und den mit den Zustandsänderungen des Luft-Brennstoff-Verhältnis-Signals synchronisierten differenzierten Impulsen gewonnen werden, wird der Schrittmotor 11 auch dann in der richtigen Weise betätigt, wenn die Dauer bzw. Periode der mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine synchronisierten differenzierten Impulse groß gewählt ist und sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis rasch ändert, so daß eine zufriedenstellende Steuerung der Zusatzluftmenge erzielt wird.

Aufgrund der Tatsache, daß der Schrittmotor 11 entsprechend Zeitsteuerimpulsen, die gemäß der Verzögerungszeit der Brennkraftmaschine 1 und dem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Signal erzeugt werden, intermittierend betätigt und angehalten wird, und dieser Vorgang zur Betätigung des Steuerventils 12 wiederholt erfolgt, wird somit die Zusatzluftmenge über einen weiten Bereich von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine ständig genau und zweckmäßig gesteuert.

In Fig. 8 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die sich dahingehend von der ersten und der zweiten Ausführungsform unterscheidet, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis in ähnlicher Weise durch zusätzliches Einleiten einer Korrekturluftmenge in das Auslaßsystem der Brennkraftmaschine gesteuert wird,v;ährend bei der ersten und zweiten Ausführungsform das Luft-Brennstoff-Verhältnis durch zusätzliches Einleiten einer Korrekturluftmenge in das Ansaugsystem der Brennkraftmaschine gesteuert wird.

In Fig. 8 bezeichnet die Bezugszahl 20 eine von der Brennkraftmaschine 1 angetriebene Luftpumpe, deren Einlaßöffnung 20a über ein Rohr 6a mit dem Luftfilter 5 in Verbindung steht, während ihre Auslaßöffnung 20b mit einem Zusatzluftdurchlaß 6b verbunden ist. Der Zusatzluftdurchlaß

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6b öffnet sich in eine Auslaßleitung 7, und zwar an einer Position, die oberhalb bzw. stromaufwärts einer Abgasreinigungseinrichtung 8 wie etwa eines Dreiweore-Katalysators oder Nachbrenners gelegen ist. In dem Zusatzluftdurchlaß 6b sind ein Steuerventil 12 des gleichen Typs wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zur Steuerung des Durchlaßbereiches bzw. Durchlaßquerschnitts, ein Schrittmotor 11 zum Antrieb des Steuerventils 12 und ein die vollständig geschlossene Stellung des Steuerventils 12 erfassender Stellungsschalter 13 angeordnet, so daß die der Auslaßleitung 7 zugeführte Zusatzluftmenge von diesen Bauelementen gesteuert wird.

Bei der AusfUhrungsform gemäß Fig. 8 ist ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Meßfühler 9 in der Auslaßleitung 7 unterhalb bzw. stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes der nach Zufuhr der Zusatzluft erzeugten Abgase angeordnet. Eine Steuereinheit 10 kann die gleiche Bauart wie im Falle der Anordnungen gemäß Fig. 4 oder 6 aufweisen, und aufgrund der gleichen Betriebs-bzw. Wirkungsweise, wie sie entweder in Verbindung mit der ersten oder der zweiten Ausführungsform vorstehend bereits beschrieben ist, wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis der Gase (der Abgase plus der Zusatzluft) genau und zweck-r mäßig gesteuert, wobei durch diese Steuerung eine verringerte Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses und ein verbessertes Ansprechverhalten gewährleistet wird.

In Fig. 9 ist ein Schaltbild dargestellt, das die Hauptteile einer modifizierten Ausführungsform der Steuereinheit gemäß Fig. 4 oder Fig. 6 veranschaulicht. Während die in Fig. 4 oder Fig. 6 dargestellte Steuereinheit derart aufgebaut ist, daß bei plötzlichen Beschleunigungsoder Verzögerungsperioden die Frequenz der Zeitsteuerimpulse erhöht wird, um die öffnung des Steuerventils 12 schnell auf den richtigen Wert zu ändern, bestehen die bei

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der modifizierten Ausführungsform gernäß Fig. 5 verwendeten Zeitsteuerimpulse aus Impulssignalen, deren Frequenz von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt, so daß entsprechend dem Anliegen der Zeitsteuerimpulse der Betrag der Bewegung des Steuerventils während der Dauer plötzlicher Beschleunigungs-oder Verzögerungsperioden der Brennkraftmaschine über denjenigen Bewegungsbetrag hinaus erhöht wird, der bei stationären oder eingeschwungenen Dauerbetriebszuständen der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, so daß ein diese modifizierte Ausführungsform enthaltendes Steuersystem zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses gleichermaßen eine verringerte Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses und ein verbessertes Ansprechverhalten gewährleistet.

Diese Modifikation soll im folgenden unter BezugT nähme auf Fig. 9 näher beschrieben werden, wobei in Fig. eine Zeitsteuerimpulse erzeugende Impulsgeneratorschaltung 10b und eine Betätigungsimpulse erzeugende Impulsgeneratorschaltung 1Od der Steuereinheit dargestellt sind, während der restliche Aufbau der gleiche wie bei den entsprechenden Teilen der Steuereinheit gemäß Fig.4 ist. Die Zeitsteuerimpulse erzeugende Impulsgeneratorschaltung 10b erzeugt differenzierte Impulse synchron zu der Drehzahl der Brennkraftmaschine, wobei eine plötzliche Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine keinerlei Einfluß auf die differenzierten Impulse hat. Die Betätigungsimpulse erzeugende Impulsgeneratorschaltung 1Od weist zusätzlich zu sämtlichen Bauelementen der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung 1Od einen weiteren Dekadenzähler 139 auf, wobei der Uberlauf-oder Übertrag-Anschluß CO des Dekadenzählers 122 mit dem Eingangsanschluß CI des Dekadenzählers 139 verbunden ist, dessen Rückstellanschluß R zusammen mit demjenigen des Dekadenzählers 122 mit der die Zeitsteuerimpulse erzeugenden Impulsgeneratorschaltung 10b verbunden ist, so daß der Dekadenzähler 139 von einem jeden

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von der Impulsgeneratorschaltung 10b abgegebenen differenzierten Impuls zurückgestellt wird. Die Ausgangsanschlüsse der Dekadenzähler 122 und 139 sind mit dem Beschleunigungs-Verzögerungsschalter 15 verbunden, so daß bei einer plötzlichen Beschleunigung oder Verzögerun g der Brennkraftmaschine das Ausgangssignal des Dekadenzählers 139 dem NOR-Verknüpfungsglied 120 zugeführt wird.

Bei diesem Aufbau weist die Steuereinheit folgende Wirkungsweise auf:

Während bei Beschleunigungs-und Verzögerungsperioden der Brennkraftmaschine die Dauer bzw. Periode der Zeitsteuerimpulse nicht geändert wird, ändert sich die Anzahl der als Antwort auf einen jeden Zeitsteuerimpuls erzeugten Taktimpulse (die Anzahl der von einem Anschluß D der Befehlsschaltung 1Oe zugeführten Impulse) entsprechend den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine. D.h., daß bei stationären oder eingeschwungenen Dauerbetriebszuständen der Brennkraftmaschine das Ausgangssignal des Dekadenzählers 122 dem NOR-Verknüpfungsglied 120 zugeführt wird, so daß die Anzahl der von dem Anschluß D der Befehlsschaltung 1Oe zugeführten Taktimpulse zwischen 1 und 9 liegt, während im Verlaufe plötzlicher Beschleunigungsund Verzögerungsperioden die Anzahl der der Befehlsschaltung 1Oe zugeführten Taktimpulse zwischen 10 und 99 liegt.

Dementsprechend wird das Tastverhältnis der Betätigungsimpulse geändert, was dazu führt, daß die Laufzeit des Schrittmotors 11 ebenfalls geändert wird, so daß das Steuerventil 12 während der Dauer von Beschleunigungs-und Verzögerungsperioden schnell betätigt wird.

Obwohl die die Zeitsteuerimpulse erzeugende Impulsgeneratorschaltung 10b gemäß Fig. 9 als Schaltungsanordnung dargestellt ist, die gemäß ihrem Aufbau differenzierte Im-

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pulse synchron zu der Drehzahl der Brennkraftmaschine erzeugt, ist ersichtlich, daß die die Zeitsteuerimpulse erzeugende Impulsgeneratorschaltung 10b auch derart aufgebaut sein kann, daß ein Zeitsteuerimpuls als Antwort auf eine Änderung des Ausgangssignals der Luft/Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a hinsichtlich seines vorherigen Zustandes erzeugt wird, wie dies bereits vorstehend in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß Fig. 6 beschrieben ist.

Da bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gemäß den Fig. 4 und 6 die Anzahl der Taktimpulse, die von der die Betätigungsimpulse erzeugenden Impulsgeneratorschaltung 1Od als Antwort auf jeden Zeitsteuerimpuls erzeugt wird, derart gewählt ist, daß sie für das öffnen und Schließen des Steuerventils gleich ist und somit die Lauf-oder Betriebszeit des Steuerventils für das öffnen und Schließen des Ventils die gleiche ist, ist es außerdem möglich, die die Betätigungsimpulse erzeugende Impulsgeneratorschaltung 1Od in der in Fig. 10 dargestellten Weise dahingehend zu modifizieren, daß sie außerdem NOR-Verknüpfungsglieder 140, 141 und 143, ein RS-Flip-Flip bildende NOR-Verknüpfungsglieder 142 und 144, einen Dekadenzähler 145 und einen mit der Luft/Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a verbundenen Inverter 146 aufweist, wobei ein Eingangsanschluß der NOR-Verknüpfungsglieder 140 und 141 jeweils mit einem Ausgangsanschluß B der die Zeitsteuerimpulse erzeugenden Impulsgeneratorschaltung 10b verbunden ist, während der andere Eingangsanschluß des NOR-Verknüpfungsglieds 140 mit dem Inverter 146 und der andere Eingangsanschluß des NOR-Verknüpfungsgliedes 141 mit der Luft/Brennstoff-Unterscheidungsschaltung 10a verbunden sind, wodurch der Dekadenzähler 122 die Anzahl der zum Schließen des Steuerventils erzeugten Betätigungsimpulse bestimmt, während die Anzahl der zum öffnen des Steuerventils erzeugten Betätigungsimpulse von dem Dekadenzähler 145 bestimmt wird.

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Durch diesen Aufbau kann die Anzahl der als Antwort auf jeden Zeitsteuerimpuls zum öffnen des Steuerventils erzeugten Taktimpulse von derjenigen Anzahl von Taktimpulsen unterschieden werden, die zum Schließen des Ventils erzeugt wird, so daß der Drehgrad bzw. das Maß der Drehbewegung des Steuerventils 12 zum öffnen des Ventils sich von denjenigen zum Schließen des Ventils unterscheidet und es dadurch möglich ist, das Gemisch mit jedem gewünschten anderen Luft-Brennstoff-Verhältnis als dem stöchiometrischen Verhältnis zu steuern.

Indem in der in Fig. 10 dargestellten Weise ein Erwärmungsmeßfühler 16 vorgesehen wird (z.B. ein Meßfühler zur Erfassung der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine) , der dazu dient, Betriebsfunktionen entsprechend dem Erwärmungszustand der Brennkraftmaschine 1 zu schalten, und indem die Ausgangssignale des Dekadenzählers 145 über den Erwärmungsmeßfühler 16 geändert werden, ist es somit während der Anwärm-oder Erwärmungsperiode möglich, das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches auf einen unter dem stöchiometrischen I.uft-Brennstoff-Verhältnis liegenden Wert zu steuern und dadurch einen gleichmäßigen stetigen Anwärm- oder Erwärmungsbetrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Die Dekadenzähler sind derart voreingestellt, daß Qi₁ - Qi₃ > Qi₂ ist. Natürlich kann das voreingestellte Luft-Brennstoff-Verhältnis in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Einstellung der Dekadenzähler geändert werden.

Anstelle des bei den vorstehend beschriebenen Ausführung sformen verwendeten Schrittmotors kann im übrigen als Antriebseinrichtung jeder Gleichstrom-oder Wechselstrommotor Verwendung finden oder alternativ können beliebige elektrische Betätigungselemente wie auch mechanische Betätigungselemente verwendet werden.

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Außerdem können anstelle des als Verzögerungszeit-Erfassungseinheit verwendeten Zündsystems oder des Beschleunigungs/Verzögerungsschalters beliebige andere Meßfühler zur Erfassung solcher Verzögerungszeitfaktoren wie etwa des AnsaugVakuums, der Ansaugluftmenge, des Vakuums im Venturiabschnitt, der Drosselventilöffnung, der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Fahrzeugdrehzahl, usw. sowohl einzeln auch in Verbindung miteinander verwendet werden.

Auch kann, wenn der verwendete Meßfühler eine Bauart aufweist, bei der sich das Ausgangssignal analog ändert, die Frequenzteilerschaltung z.B. durch einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer oder dergl. zur analogen Änderung der Dauer-bzw. Periode der Zeitsteuerimpulse ersetzt werden.

Es wird somit ein Steuersystem zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, das eine Steuerschaltung zur Steuerung des Betriebes eines Antriebsmotors eines in einem Zufuhrdurchlaß für Zusatzluft angebrachten Steuerventils entsprechend einem festgestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis aufweist. Die Steuerschaltung enthält einen Steuerimpulsgenerator zur Erzeugung von mit einer Drehzahl der Brennkraftmaschine synchronisierten Zeitsteuerimpulsen, so daß das Steuerventil entsprechend diesen Zeitsteuerimpulsen intermittierend um einen vorgegebenen Betrag gedreht wird. Durch Erhöhung der Frequenz der Zeitsteuerimpulse während der Perioden rascher Beschleunigung und Verzögerung wird das Ansprechen auf Änderungen der Drehzahl der Brennkraftmaschine weiter verbessert.

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Claims

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Patentansprüche

1. System zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnlsses für eine Brennkraftmaschine, mit einer Verbrennungskammer zur Leistungserzeugung, mit einem mit der Verbrennungskammer zur Zufuhr eines Luft-Brennstoffgemlsches In Wirkverbindung stehenden Ansaugsystem, mit einem mit der Verbrennungskammer

zur Ableitung von Abgasen aus der Verbrennungskammer an die Atmosphäre In Wirkverbindung stehenden Auslaßsystem, mit einem Zusatzluft-Zufuhrrohr, das mit zumindest entweder dem Ansaug-oder dem Auslaßsystem zur Zufuhr von Zusatzluft in Verbindung steht, mit einer in dem Auslaßsystem zur Erfassung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des mit der Zusatzluft versorgten Luft-Brennstoffgemisches angeordneten Luft-Brennstoff Verhältnis-Erfassungseinrichtung, mit einer in dem Zusatzluft-Zufuhrrohr zur Steuerung der zuzuführenden Zusatzluftmenge angeordneten Steuereinrichtung, und mit einer mit der Steuereinrichtung zu deren Antrieb in Wirkverbindung stehenden Antriebseinrichtung, gekennzeichnet durch eine mit der Luft-Brennstoffverhältnis-Erfassungseinrichtung (9) und der Antriebseinrichtung (11) elektrisch verbundene Steuerschaltung (10) zur Betätigung der Antriebseinrichtung entsprechend dem festgestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis, die einen Steuerimpulsgenerator (10b) zur Erzeugung von Zeitsteuerimpulsen in einer zeitlich abgestimmten Beziehung zu der Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) und eine Betätigungsschaltung (1Od bis 10g) zur intermittierenden Betätigung der Antriebseinrichtung bei Erhalt der Zeitsteuerimpulse aufweist, wodurch die Zusatzluftmenge entsprechend dem festgestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis intermittierend steuerbar ist.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (15,110) zur Änderung einer Frequenz der Zeitsteuerimpulse während einer schnellen Änderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine.

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3-. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10b, 1Od, 120,122,139) zur Änderung einer Zuwachsrate der Zusatzluftmenge pro Zeitsteuerimpuls während einer schnellen Änderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine.

4. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpulsgenerator auch Zeitsteuerimpulse erzeugt, wenn sich das Ausgangssignal der Luft-Brennstoff verhältnis-Erfassungseinrichtung ändert.

5. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (122,140-146) zur Änderung einer Geschwindigkeit eines in einer Richtung pro Zeitsteuerimpuls erfolgenden Bewegungsbetrages der in dem Zusatzluft-Zufuhrrohr (6) angeordneten Steuereinrichtung (12) in einen in der anderen Richtung erfolgenden Bewegungsbetrag der Steuereinrichtung.

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