DE2743063A1

DE2743063A1 - Brennstoffregelvorrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2743063A1
Application number: DE19772743063
Authority: DE
Inventors: Makoto Anzai; Masaharu Asano; Akio Hosaka; Tetsuji Nishioka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1976-09-24
Filing date: 1977-09-24
Publication date: 1978-03-30
Also published as: JPS5340123A; US4214558A; JPS589261B2; GB1559905A; DE2743063C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregelvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit Brennstoffregelsystemen, die mit Regelventilen zur Mischung von Luft und Brennstoff versehen sind, die geöffnet werden entsprechend der Impulsdauer von Rückkopplungs-Korrektur-Impulsen, die von einem abgetasteten Luft-Brennstoff-Verhältnis innerhalb des Auspuffsystems abgeleitet werden und deren Impulsdauer innerhalb des effektiven Arbeitsbereichs der Regelventile gesteuert wird. In einem Brennstoffregelsystem mit geschlossener Regelschleife für Brennkraftmaschinen wird die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses innerhalb des Auspuffgassystems von einem vorgegebenen Wert abgetastet, und es wird ein Rückkopplungs-Korrektur-Signal abgeleitet, das zum Modulieren der Impulsdauer der elektrischen Impulse verwendet wird. Die elektrischen Impulse gelangen an die Regelventile zum Mischen von Luft und Brenrstoff und steuern damit das Luft-Brennstoff-Verhältnis.

Regelventile können jedoch nicht auf rasch unterbrochene Signale ansprechen. Beispielsweise haben herkömmliche Regelventile dieser Art eine minimale Ventilöffnungszeit von 5 ms und eine minimale Ventilschließzeit von 2,5 ms.

Wenn das Rückkopplungssignal in der Amplitude stark geändert wird, so daß die Dauer der Rückkopplungs-Korrektur-Impulse kleiner als 5 ms oder das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen größer als 2,5 ms ist, ergibt sich keine zuverlässige Korrekturwirkung für das Luft-Brennstoff-Verhältnis.

In der Praxis werden die elektrischen Regelimpulse durch einen Komparator erzeugt, der die Amplitude des analogen Rückkopplungs-Korrektur-Signals mit dem derzeitigen Wert von Dreieck-Impulsen vergleicht und ein Ausgangssignal auf einem von zwei bestimmten Spannungsniveaus liefert,

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die von der relativen Größe der Eingangsspannungen abhängt. Wenn das analoge Rückkopplungs-Signal einer Integration der Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in dem Auspuffsystem entspricht, kann sich das Analogsignal oberhalb der maximalen Amplitude des Dreieck-Impulses aufbauen, so daß das Ausgangssignal des Komparators auf einem der bestimmten Spannungsniveaus bleibt und die Regelventile über eine gewisse Zeit offen (oder geschlossen) bleiben. Daher kann der Korrekturvorgang in Bezug auf das Luft-Brennstoff-Verhältnis nicht zuverlässig durchgeführt werden, und zwar aufgrund des Aufbaus der Integration und des begrenzten Arbeitsbereiches des Regelventils. Außerdem neigen die Regelventile zur Verzögerung, wenn die Regelimpulse erneut angelegt werden.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein Brennstoff-Regelsystem zu schaffen, durch das die Regelventile innerhalb eines effektiven Arbeitsbereiches ohne die erläuterten bisherigen Nachteile betrieben werden.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Erfindungsgemäß wird ein Rückkopplungs-Steuersignal von einem Auspuffgassensor geliefert und zur Steuerung der Dauer von elektrischen Impulsen verwendet, die an elektromagnetische Regelventile zur Regelung des Verhältnisses von Luft und Brennstoff entsprechend der Impulsdauer verwendet werden. Zur Erzeugung der elektrischen Impulse ist ein Sägezahngenerator als Impulsquelle vorgesehen, und die Amplitude des Rückkopplungs-Steuersignals wird begrenzt durch eine Vergleichswert-Einstellschaltung, die obere und untere Vergleichswerte festlegt, die jeweils in Beziehung zu der maximalen und minimalen Amplitude der Sägezahn- oder Dreieck-Impulse bestimmt werden. Ein Komparator dient zum Vergleichen des amplitudenbegrenzten Rückkopplungs-

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Steuersignals mit den Dreieck-Impulsen. Das Ausgangssignal des Komparators befindet sich auf einem hohen Spannungsniveau, wenn das Steuersignal oberhalb des derzeitigen Wertes der Dreieck-Impulse liegt, und auf einem niedrigen Spannungsniveau, wenn die Situation umgekehrt ist. Die maximale Amplitude des Steuersignals ist auf einen Wert eingestellt, der 90% der maximalen Spannung des Dreieck-Impulses entspricht, und die minimale Amplitude des Steuersignals liegt bei 20% der maximalen Spannung des Dreieck-Impulses, so daß die Maximal- und Minimalwerte des analogen Steuersignals innerhalb der maximalen und minimalen Werte der Dreieck-Welle liegen. Durch Begrenzung der Analogsignalamplitude auf den Bereich innerhalb der Amplitude des Dreieck-Impulses wird bewirkt, daß das Analogsignal in Richtung des Vergleichspunktes entsprechend einer Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses im Auspuffsystem verändert wird, so daß * die Regelschleife weniger überschwingt als es der Fall wäre, wenn das Analogsignal unbestimmt aufgebaut würde. Die rechtwinkligen Impulse des Komparators weisen eine minimale Impulsdauer von 5 ms oder 20% der Impulsperiode bei einer Impulsfrequenz von 4 0 Hz und eine maximale von 22,5 ms oder 90% der Impulsperiode auf, so daß das Mindestintervall 2,5 ms zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen beträgt.

Dadurch ist sichergestellt, daß die Regelventile auch dann ein- und ausgeschaltet werden, wenn das analoge Steuersignal auf einem von zwei extremen Spannungsniveaus liegt. Dadurch wird verhindert, daß die Regelventile verzögert werden, wenn sie erneut mit Steuerimpulsen beaufschlagt werden.

Die erfindungsgemäße Brennstoffregelvorrichtung für Brennkraftmaschinen weist eine Mischeinrichtung für Luft und Brennstoff auf, die elektromagnetische Regelventile einschließt, die entsprechend elektrischen Impulsen geöffnet und geschlossen werden können, die an die Ventile mit einer

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minimalen effektiven Öffnungsperiode und einer minimalen effektiven Schließperiode angelegt werden. Weiterhin ist eine Auspuffanlage vorgesehen, die einen kata-Iytischen Konverter umfaßt, der bei einem Auspuffgas, das Luft und Brennstoff in einem bestimmten Verhältnis enthält, gleichzeitig die Oxydation des unverbrannten Brennstoffs und die Reduktion der Stickoxyde beschleunigt. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die ein erstes Signal erzeugt, das repräsentativ für das Luft-Brennstoff-Verhältnis in dem Auspuffgas in der Auspuffanlage ist, also etwa ein Auspuffgassensor. Eine zweite Einrichtung erzeugt ein zweites Signal, dessen Amplitude dem veränderlichen Verhältnis von Luft und Brennstoff in dem der Maschine zugeführten Gemisch entspricht, und zwar entsprechend der Richtung der Abweichung des ersten Signals von einem vorbestimmten Wert, so daß die Abweichung des Verhältnisses von Luft und Brennstoff in den Auspuffgasen von einem vorgegebenen Verhältnis reduziert wird. Eine weitere Einrichtung erzeugt elektrische Impulse mit einer vorbestimmten Frequenz, die an die Regelventile angelegt werden und eine Dauer aufweisen, die von der Amplitude des zweiten Signals abhängt, wobei eine Minimaldauer entsprechend der Minimalöffnungsperiode und ein Minimalintervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen entsprechend der minimalen Schließperiode vorgegeben sind.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schaltdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Spannungsbeziehungen zwischen dem Steuersignal und dem Dreieck-Impuls

bei maximaler und minimaler Dauer der Steuerimpulse;

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Fig. 3 ist eine grafische Darstellung des Arbeitsbereichs eines elektromagnetischen Regelventils;

Fig. 4 zeigt eine erste abgewandelte Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1;

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform

der Erfindung; 10

Fig. 6 zeigt eine zweite Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 1;

Fig. 7 ist eine Abwandlung der Fig. 6; 15

Fig. 8 zeigt eine dritte Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 1.

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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoff-Regelsystems. Eine Brennkraftmaschine 10 wird mit einem Gemisch aus Luft und Brennstoff durch eine Mischeinrichtung 11 versorgt, die ein herkömmlicher Vergaser sein kann, der elektromagnetische Regelventile 12 und 13 in Luft- und Brennstoffzufuhrleitungen aufweist, die auf elektrische Impulse vom Ausgang eines Verstärkers 14 ansprechen. Die Menge an Luft und Brennstoff ist proportional zu der öffnungszeit der jeweiligen Regelventile. Die Mischeinrichtung 11 steht mit einem nicht gezeigten Ansaugrohr in Verbindung und gestattet einen Betrieb der Maschine entsprechend der öffnung einer Drosselklappe.

Im Auspuffrohr der Brennkraftmaschine ist ein Auspuffgassensor 15 stromabwärts eines katalytischen Dreiwege-Konverters 16 vorgesehen. Der Auspuffgassensor 15 ist ein Sauerstoffsensor auf Zirkonoxyd-Elektrolyt-Basis, der bei Berührung mit Maschinenauspuffgasen hoher Temperatur eine Ausgangsspannung erzeugt, die sich erheblich ändert, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis der Auspuffgase über den stöchiometrischen Wert hinweg geändert wird. Die Ausgangsspannung des Auspuffgassensors 15 ist eine Funktion des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, das durch die Mischeinrichtung 11 festgelegt wird, und weist eine steile Flanke auf, wenn das Gemisch über den stöchiometrischen Wert hinweg geändert wird. Der katalytische Konverter 16 ist eine Einrichtung, in der hindurchströmende Auspuffgase einer katalytischen Substanz ausgesetzt werden, die bei geeignetem Luft-Brennstoff-Verhältnis in den Auspuffgasen die gleichzeitige Oxidation von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen und die Reduktion von Stickoxiden fördert.

Das Ausgangssignal des Auspuffgassensors 15 gelangt an eine Gemischregeleinheit 20 mit geschlossener Regelschleife, so daß ein Signal erzeugt wird, das zur Korrektur des

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Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf einen gewünschten Wert verwendet wird, bei dem die Leistungsausbeute maximal ist. Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt die Gemischregeleinheit 20 einen Differenzverstärker 17, der die Differenz zwischen dem Ausgangswert des Auspuffgassensors und einer Vergleichsspannung V , ermittelt, die an eine Steuerung 18 geliefert wird. Die Steuerung 18 bewirkt eine Integration des Differenzsignals oder eine zusätzliche Proportionalmodifikation der Amplitude des Differenzsignals. Wenn zusätzlich diese Proportionalregelung verwendet wird, stellt das Ausgangssignal der Steuerung 18 eine Summe der Integrierung und Proportionierung des Differenzsignals dar.

Die Gemischregeleinheit 20 umfaßt einen oberen und unteren Spannungsbegrenzer mit einer Einstellschaltung 19H für einen oberen Vergleichswert und einer Einstellschaltung 19L für einen unteren Vergleichswert. Der obere Vergleichswert wird durch Widerstände R1 und R2 eingestellt, die in Reihenschaltung zwischen einer Spannungsquelle 21 und Masse mit einer Diode D 1 zwischen beiden liegen, deren Polarität so gewählt ist, daß ein Strom in Richtung der Spannungsquelle 21 unterdrückt wird. Eine Zenerdiode ZD 1 liegt zwischen der Spannungsquelle 21 und Masse und hält das Potential über die in Reihe geschalteten Widerstände R 1 und R 2 unabhängig von Spannungsänderungen der Spannungsquelle 21 konstant. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R 1 und der Diode D 1 ist auf eine Spannung V_LH eingestellt. Wenn jedoch der Durchgangsspannungsabfall der Diode D 1 vernachlässigbar klein ist, liegt der Verbindungspunkt zwischen der Diode D 1 und dem Widerstand R 2 praktisch auf dem oberen Einstellwert V_LH. Der obere Spannungsbegrenzer umfaßt weiterhin eine Diode D 2, die mit dem Ausgang der Steuerung 18 verbunden ist und einen Strom zum oberen Einstellpunkt zwischen der Diode D1 und dem Widerstand R2 hindurchläßt, wenn das Ausgangssignal der Steuerung 18 den oberen Einstellwert ^VLH überschreitet. ^Der untere Vergleichspunkt wird durch

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Widerstände R3 und R4 bestimmt, die in Reihe zwischen die Spannungsquelle 21 und Masse mit einer Diode D3 zwischen beiden geschaltet sind, deren Polarität so gewählt ist, daß ein Strom von Masse in Richtung der Spannungsquelle 21 unterdrückt wird. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R 3 und der Diode D 3 liegt auf einer tieferen Spannung V . Wenn jedoch der Spannungsabfall in Durchgangsrichtung der Diode D vernachlässigbar klein ist, kann davon ausgegangen werden, daß der Verbindungspunkt zwischen der Diode D3 und dem Widerstand R3 auf dem unteren Einstellwert V_TT liegt. Eine Diode D 4 ist mit dem Verbindungspunkt

LL

zwischen dem Widerstand R. 3 und der Diode D 3 verbunden und läßt von dort aus einen Strom in Richtung des Ausgangs der Steuerung 18 hindurch, wenn der Ausgangswert der Steuerung unter dem unteren Einstellwert liegt, so daß der untere Wert der Ausgangsspannung der Steuerung 18 auf der Spannung V_TT festgelegt wird.

JjIj

Das spannungsbegrenzte Ausgangssignal der Steuerung gelangt an einen ersten Eingang eines Komparators 22 über einen Pufferverstärker 23 und wird mit einer Sägezahn- oder Dreieckwellenspannung verglichen, die von einem Sägezahngenerator 24 geliefert wird. Der Sägezahngenerator 24 ist so ausgelegt, daß seine Maximalspannung V_OH auf einem höheren Wert liegt als die Spannung V_L„, und seine Minimalspannung V liegt auf einem niedrigeren Wert als die Spannung V_LJ., wie aus Fig. 2A hervorgeht. Der Komparator 22 liefert ein Ausgangssignal, das auf einer höheren Spannung liegt, wenn das Ausgangssignal der Steuerung über dem Dreieckwellensignal liegt, und dessen Spannung niedrig ist, wenn die Situation umgekehrt ist. Da die maximalen und minimalen Spannungen am Steuerungsausgang konstant gehalten werden, kann die Maximalleistungsdauer des Ausgangssignals des Komparators auf 90% durch das Verhältnis der Spannungen V und V begrenzt werden, wie Fig. 2B zeigt, und die Minimalleistungsdauer kann auf 20% durch das Verhältnis der Spannungen

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V__T und V_TT begrenzt werden, wie Fig. 2C veranschaulicht,

L/ Lj XjLj

wenn die Frequenz des Sägezahngenerators 4 0 Hz beträgt. Das Ausgangssignal des Komparators 22 ist eine Reihe rechtwinkliger Impulse, deren Dauer sich in Abhängigkeit der Höhe des Steuersignals der Steuerung 18 ändert, und die Regelventile 12 und 13 werden mit verstärkten Steuerimpulsen beaufschlagt und entsprechend der Dauer der Impulse geöffnet. Die kürzeste Öffnungszeit der Regelventile entspricht der Minimalleistungsdauer der aufgegebenen Impulse, die maximale Öffnungszeit oder minimale Schließzeit entspricht der Maximalleistungsdauer, so daß die Regelventile in einem effektiven Arbeitsbereich von 5 ms bis 22,5 ms geöffnet werden können, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 3 angedeutet ist.

In jedem Falle werden die Regelventile 12 und 13 entsprechend den angelegten Impulsen geöffnet und geschlossen, so daß keine Verzögerungstendenz besteht, wenn sie auf die erneute Anlegung der Regelimpulse des Komparators 22 ansprechen.

Da der Maximal- und Minimalwert der Ausgangsspannung der Steuerung begrenzt sind, nähert sich das Regelsignal dem Vergleichspunkt früher als es anderenfalls möglich wäre, so daß verhindert wird, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis weit von dem stöchiometrischen Wert abweicht und der Anteil der schädlich Auspuffbestandteile verringert wird.

Eine Abwandlung der ersten Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt. Diese abgewandelte Ausführungsform stimmt mit der ersten Ausführungsform weitgehend überein, ausgenommen, daß der Sägezahngenerator 24 mit einer Spannung versorgt wird, die durch Vergleichswert-Einstellschaltungen 19H und 19L derart bestimmt wird, daß die Spannungsbeziehungen zwischen den Werten L_n,,, V_T „ und V__ , V__ automatisch in Bezug ge-

IJn liil ULi LiLi

setzt werden können. Der Sägezahngenerator 241 gemäß Fig. 4 umfaßt einen Operationsverstärker 30, dessen nicht-invertierender Eingang mit dem Ausgang über einen Widerstand R 5

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und mit dem oberen Vergleichs-Einstellpunkt über eine Schaltung verbunden ist, die einen Widerstand R6 und eine Diode D5 einschließt, die derart angeordnet ist, daß Strom zu dem Verbindungspunkt zwischen der Diode D1 und dem Widerstand R2 fließt. Weiterhin ist der Eingang mit dem unteren Vergleichs-Einstellpunkt über eine Schaltung verbunden, die einen Widerstand R7 und eine Diode D6 einschließt, die derart angeordnet ist, daß sie Strom zu dom nicht-.i nvertierenden Eingang des Operationsverstärkers leitet. Kine Zenerdiode ZD2 verbindet den Ausgang dcü Operationsverstärkers 30 mit Masse. Wenn die Zenerdiode ZD2 dieselbe Durchbruchspannung wie die Zenerdiode ZD1 aufweist, so daß der Ausgang des Operationsverstärkers 30 auf demselben Potential V gehalten wird, daß auch über die Widerstände R1 und R2 und die Widerstände R3 und R4 vorliegt. Eine RC-Konstantzeitschaltung mit einem Widerstand R8 und einem Kondensator C1 in Reihenschaltung liegt zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 30 und Masse. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R8 und dem Kondensator C1 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 30 und mit dem Komparator 22 verbunden.

Bei dieser Schaltung ergeben sich folgende Werte für die 25

Spannungen V₁. „ und V₁. _T

J-i Π XjJb

V —	R2	^Vz	+ R1	^VF
^VLH ^VLL ⁼	R4	R1 + ^Vz	R2 - R3	^VF
	R3 +	R4

(D

(2)

*^LL R3 + R4
30

dabei ist V_p der Spannungsabfall der Dioden D5 und D6 in

Durchgangsrichtung. Da der Ausgang des Operationsverstärkers 30 auf einer Spannung V gehalten wird, können die Maximal-

und Minimalspannungen V_.„ und V__T der Dreieckwelle wie folgt

L)H DLi

,ς zu den Spannungen V_L„ und V in Beziehung gesetzt werden:

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_v R6 v_{z +} rs v_LH

^DH

R5 + R6

^{R5 V}LL (4)

^DL " RS₊ R7

Wenn sich im Betrieb der Ausgang des Operationsverstärkers 30 auf hohem Spannungsniveau befindet, liegt das Potential am nicht-invertierenden Eingang auf der Maximalspannung V . Der Kondensator C1 wird durch den Strom geladen, der vom Ausgang des Operationsverstärkers 30 über den Widerstand R8 zugeführt wird, so daß eine zunehmende Spannung aufgebaut wird, die an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers zurückgeführt wird. Wenn die Maximalspannung V"_D,. erreicht ist, schaltet der Operationsverstärker 30, der als Komparator wirkt, in den Zustand niedriger Ausgangsspannung um, so daß der Kondensator C1

entladen wird. Zur selben Zeit geht das Spannungsniveau des nicht-invertierenden Eingangs auf die Minimalspannung V₁. _T über. Wenn die abnehmende Spannung über den Kondensator C1 den Minimalwert V erreicht, schaltet der Operations-

L)Li

verstärker 30 auf den Zustand hoher Spannung um. Dieser

Vorgang wiederholt sich mit einer Frequenz, die durch die Konstantzeitschaltung R8, C1 bestimmt wird, und es entsteht als Ergebnis eine Impulsreihe von Dreieckimpulsen über den Kondensator C1 hinweg, und das Potential an dem nicht-invertierenden Eingang nimmt die Maximal- und Minimalwerte V_DH und V_DL mit derselben Frequenz an.

Fig. 5 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, die weitgehend mit derjenigen der Fig. 4 übereinstimmt, ausgenommen daß der Spannungsbegrenzer die Maximal- und Minimalspannungen V₁^₁₁ und V__T anstelle der Spannun-

UrI DLi

gen V_T„ und V festsetzt und die Steuerung 18 getrennte

L·n XjLi

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Proportional- und Integralausgangssignale liefert, die auf die Maximal- und Minimalspannungen V_„ und V_DL festgelegt sind und diese Ausgangssignale abnehmen und zunehmen in Beziehung zu den Spannungen V_.„ und V^₇. . In Fig. 5 besteht die Integral-Steuerung 181 aus einem Widerstand 26 und einem Kondensator 27, die in Reihe zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 17 und Masse liegen. Der Verbindungspunkt zwischen beiden ist mit dem übergang oder Verbindungspunkt der Dioden D2 und D4 und mit dem Pufferverstärker 23 verbunden. Die Proportional-Steuerung 18P umfaßt einen einzelnen Widerstand 29. Eine Diode D7 ist mit dem Ausgang der Proportional-Steuerung 18P verbunden und leitet Strom zu dem übergang oder Verbindungspunkt zwischen der Diode D1 und dem Widerstand R2. Dort wird die Spannung V_Df, eingestellt, wenn das Proportionalsignal die Spannung V„ überschreitet, und eine Diode D8 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode D3 und dem Widerstand R3 verbunden, so daß dort die Minimalspannung V^_1x eingestellt wird und Strom zu dem Ausgang der Proportional-Steuerung fließt, wenn das Proportionalsignal unter die Minimalspannung V„_T abfällt. Widerstände R10 und R11 verbinden den

ULi

Ausgang des Pufferverstärkers 23 und die Proportional-Steuerung mit einem gemeinsamen Pufferverstärker 25. Eine Schaltung mit in Reihe verbundenen Widerständen R12 und R13 liefert ein geeignetes Gleichstrompotential über einen Widerstand R9 an den Pufferverstärker 25. Die Widerstände R9 und R13 sind so gewählt, daß das kombinierte Integral- und Proportionalsignal am Ausgang des Pufferverstärkers 25 verkleinert wird entsprechend den Spannungen V_„ und V__. Bei

DH DL· der abgewandelten Ausführungsform der Fig. 5 ist der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 30 des Sägezahngenerators 242 direkt mit der Anode und Kathode der Diode D5 und D6 verbunden, und die Zenerdiode ZD2 gemäß Fig. 4 ist fortgelassen, so daß das Potential am nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers lediglich durch die Vergleichswert-Einstellschaltungen 19H und 19L bestimmt wird.

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Eine zweite Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 1 ist in Fig. 6 gezeigt, gemäß der eine Einstellschaltung 40 eine Reihe von Widerständen 4 1,42,43,44,45 und 46 umfaßt, die zwischen einer Spannungsquelle Vcc und Masse liegen und verschiedene Vergleichsspannungen einschließlich der

Werte V^_rt, V_rtT, V₁. _T und V.._T liefern. Komparatoren 4 7 und UH IjH LiL· DL·

48 sind mit ihren invertierenden Eingängen zusammengeschaltet und mit dem Ausgang der Steuerung 181 verbunden. Der nicht-invertierende Eingang des Komparators 47 steht mit dem übergang oder Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 42 und 43 in Verbindung, an dem die Spannung V liegt. Der nicht-invertierende Eingang des Komparators 48 ist auf die Spannung V vorgespannt, die am Verbindungs-

IjIj

punkt zwischen den Widerständen 44 und 45 herrscht. Die Steuerung 181 umfaßt eine Proportional-Steuerung 181P und eine Integral-Steuerung 1811. Die Integral-Steuerung 1811 umfaßt einen Operationsverstärker 50, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 17 über einen integrierenden Widerstand 4 9 und mit seinem Ausgang mit Hilfe eines integrierenden Kondensators 51 verbunden ist. Ein invertierender Operationsverstärker 52 ist am Ausgang des Integral-Operationsverstärkers 50 vorgesehen. Die nicht-invertierenden Eingänge der Operationsverstärker 50 und 52 sind gemeinsam mit einer Vergleichsspannung V,, zwischen den Widerständen 4 3 und 44 verbunden. Die Dioden D9 und D10 stehen mit den Ausgängen der Komparatoren 4 7 und 4 8 in Verbindung. Die Diode D9 ist derart angeordnet, daß Signale mit negativer Polarität zu dem invertierenden Eingang durch die Integral-Steuerung 1811 hindurchgehen und die Diode D10 ist in einem Sinne angeordnet, daß Signale mit positiver Polarität an den invertierenden Eingang der Integral-Steuerung gelangen.

Wenn das kombinierte Integral-Proportional-Signal über dem oberen Einstellwert V liegt, liefert der Komparator 47

LtH

ein negatives Signal über die Diode D9 an den invertierenden

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Eingang des Operationsverstärkers 50, so daß der Kondensator 51 entladen wird, bis der Ausgangswert der Steuerung 181 unter die Spannung V_T„ abfällt. Wenn auf der

L·ti

anderen Seite das kombinierte Signal unter dem unteren Einstellwert V... liegt, liefert der Komparator 48 ein positives Signal, das den Kondensator 51 lädt, bis der Ausgangswert der Steuerung über V ansteigt.

Der Sägezahngenerator 24 3 umfaßt einen Operationsverstärker 53, dessen nicht-invertierender Eingang mit der maximalen Vergleichsspannung V_,„ zwischen den Widerständen 41

Uli

und 4 2 über einen elektronischen Schalter 54 verbunden ist und mit der minimalen Vergleichsspannung V_TT über einen

LL

Widerstand R15 in Verbindung steht. Der elektronische Schalter 54 wird durch das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 5 3 gesteuert und wird geschlossen, so daß der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 53 wahlweise auf die Spannung V_„ gebracht wird, wenn der Verstär-

DH

ker-Ausgang auf hohe Spannung geschaltet wird, bzw. auf die Spannung V , wenn der Verstärker-Ausgang auf niedrigem Spannungsniveau liegt. Eine RC-Konstantzeitschaltung mit einem Widerstand R14 und einem Kondensator C2 liegt zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 53 und Masse, und der Verbindungspunkt oder übergang zwischen beiden ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 5 verbunden. Wie oben im Zusammenhang mit der vorangegangenen Ausführungsform angegeben wurde, wird der Ausgang des Operationsverstärkers 53 zwischen hoher und niedriger Spannung entsprechend der Zeitkonstante der Schaltung R14, C2 umgeschaltet, und die maximale und minimale Spannung des Sägezahngenerator-Ausgangs werden auf die Spannungen V_„ und V_DL eingestellt.

Alternativ kann der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 53 selektiv in einer Anordnung gemäß Fig. 7 vorgespannt werden, in der die Spannungen V_„ und V__T an

DH DL

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den nicht-invertierenden Eingang mit Hilfe von Dioden D11 und D12 angelegt sind. Die Dioden D11 und D12 werden wahlweise leitend entsprechend dem hohen oder niedrigen Ausgangswert des Operationsverstärkers 53 5

Eine dritte Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 1 ist in Fig. 8 dargestellt, in der ein Sägezahngenerator 244 maximale und minimale Amplituden V__IT und V__T festlegt,

DH DLi

die durch einen positiven Spitzenwertdetektor 60 abgetastet werden, der einen Operationsverstärker bzw. Komparator 62 einschließt, dessen Ausgang mit Masse über eine Schaltung verbunden ist, die eine Diode D13 und einen Kondensator C3 einschließt, deren übergang oder Verbindungspunkt mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist und einen Vergleich mit der Sägezahnwelle ermöglicht, die an den nicht-invertierenden Eingang gelangt. Wenn die Spannung über den Kondensator C3 kleiner als der augenblickliche Wert des Sägezahnimpulses ist, wird der Komparator 6 2 auf hohe Spannung umgeschaltet, so daß der Kondensator C3 über die Diode D13 geladen wird. Die Diode D13 verhindert, daß der Kondensator C3 entladen wird, wenn der Komparator auf niedrige Spannung umgeschaltet wird, so daß die Spannung über den Kondensator C3 die Maximalspannung der Dreieck- oder Sägezahnwelle darstellt.

Ein negativer Spitzenwertdetektor 61 umfaßt einen Komparator 63, dessen Ausgang mit der Spannungsquelle Vcc über eine Schaltung verbunden ist, die eine Diode D14 und einen Kondensator C4 einschließt, deren Übergang oder Verbindungspunkt mit dem invertierenden Eingang des Komparators zum Vergleich mit der an den nicht-invertierenden Eingang gelangenden Sägezahnwelle verbunden ist. Wenn das Potential am invertierenden Eingang größer als der augenblickliche Wert der Sägezahnwelle ist, befindet sich der Komparator 6 3 auf niedrigem Ausgangsniveau und der Kondensator C3 wird über die Diode D14 geladen, bis das invertierende Poten-

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tial das nicht-invertierende Potential erreicht. Da die Diode D14 verhindert, daß der Kondensator C4 entladen wird, wenn die Eingangsbedingung umgekehrt ist, stellt das Potential am invertierenden Eingang die Mindestspannung V_DL dar. Mit den Ausgängen der Spitzenwertdetektoren 60 und 61 ist eine Einstellschaltung verbunden, die Widerstände R16, R17 und R18 einschließt, durch die die Spannungen V_n„ und V_T„ gesenkt und die Spannungen

Dn IjH

V_._T und V__ vergrößert werden. Komparatoren 64 und 65

IJi-I J-lij

sind mit ihren invertierenden Eingängen zusammengeschaltet und mit dem Ausgang der Steuerung 182 verbunden, und ihre nicht-invertierenden Eingänge stehen mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R16 und R18 bzw. dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R17 und R18 in Verbindung. Die Steuerung 182 umfaßt in Reihe geschaltete, integrierende Widerstände R19 und R20 und einen integrierenden Kondensator C5 zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 17 und Masse. Der Obergang oder Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator C5 und dem Widerstand R20 ist mit dem Eingang eines Pufferverstärkers 66 verbunden. Ein Proportionalregelungs-Widerstand R 21 ist mit dem Ausgang des Differenzverstärkers R17 einerseits und mit dem Ausgang des Pufferverstärkers 66 andererseits verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R19 und R20 ist mit den Ausgängen der Komparatoren 64 und 65 über Dioden D15 und D16 verbunden.

Bei diesem Aufbau wird das Ausgangssignal der Steuerung 182 mit den Spannungen V_T„ und V__ verglichen, und wenn das Ausgangssignal höher als V__ ist, wird die Diode D15

JL(Xj

leitend, so daß der integrierende Kondensator C5 entladen wird. Wenn andererseits das Ausgangssignal unter den Wert V_TT abfällt, wird die Diode D16 leitend, so daß der inte-

L·L·

grierende Kondensator C5 geladen wird. Daher werden die Höchst- und Mindestspannungen des Ausgangssignals der Steuerung auf den Werten V_LH und V_L_ festgelegt, und zwar in Beziehung zu der Amplitude der Dreieckimpulse.

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Claims

P AT E N T A N WA LT E

TER MEER - MÜLLÜR - STEINMEISTER

D-8000 München 29. D-^aOO Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7 ^

PG23-77113
St/ge

NISSAN MOTOR COMPANY, Limited No. 2, Takara-machi,
Kanagawa-ku,
Yokohama City, JAPAN

Brennstoffregelvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Patentansprüche

(i.y Brennstoffregelvorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einer elektromagnetische Regelventile aufweisenden Mischeinrichtung für Luft und Brennstoff, deren Regelventile durch elektrische Impulse mit minimaler effektiver öffnungs- und Schließzeit geöffnet und geschlossen werden, und mit einer Auspuffanlage, die einen katalytischen Konverter einschließt, der bei Auspuffgasen, die Luft und Brennstoff in einem bestimmten Verhältnis enthalten, zugleich die Oxydation von unverbranntem Brennstoff und die Reduktion von Stickoxyden beschleunigt, gekennzeichnet durch einen Auspuffgassensor (15) zur Erzeugung eines ersten Signals entsprechend dem Luft-Brennstoff-Verhältnis des Auspuffgases in der Auspuffanlage, eine Steuerung (18,181,182) zur Erzeugung eines zweiten Signals, dessen Amplitude dem veränderlichen Verhältnis von Luft und Brennstoff in dem der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisch entspricht, welches Verhältnis entsprechend der Richtung der Abweichung des ersten Signals von dem bestimmten Wert zur Verringerung der Abweichung des Verhältnisses von Luft und Brennstoff in der

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ORIGINAL INSPECTED

Auspuffanlage von dem bestimmten Verhältnis veränderlich ist, und eine Einrichtung (19,22,24) zur Erzeugung von elektrischen Impulsen mit vorbestimmter Frequenz, die an die Regelventile (12,13) gelangen und deren Dauer von der Amplitude des zweiten Signals abhängt und einen Mindestwert entsprechend der minimalen Öffnungszeit sowie ein Mindestintervall entsprechend der minimalen Schließzeit aufweisen.
2. Brennstoffregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (19,22, 24) zur Erzeugung von elektrischen Impulsen einen Sägezahngenerator (24,241,242,243) zur Erzeugung von Dreieckimpulsen mit konstanter Amplitude und einer Frequenz entsprechend der vorbestimmten Frequenz, eine Einstellschaltung (19) zur Begrenzung des maximalen Wertes des zweiten Signales auf einen ersten Wert unterhalb des maximalen Wertes des Dreieckimpulses und zur Begrenzung des minimalen Wertes des zweiten Signales auf einen zweiten Wert oberhalb des minimalen Wertes des Dreieckimpulses und einen Komparator (22) umfaßt, der den Wert des Dreieckimpulses und das Ausgangssignal der Einstellschaltung (19) miteinander vergleicht und ein elektrisches Signal auf einem ersten oder zweiten binären Niveau in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die Dreieckimpulse oberhalb oder unterhalb des Wertes des Ausgangssignals der Einstellschaltung liegen.
3. Brennstoffregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator (241) _zur Erzeugung der Dreieckimpulse einen Operationsverstärker (30) mit einem ersten und zweiten Eingang und einem Ausgang, eine RC-Zeitkonstantschaltung (R8,C1) zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers (30) und Masse und einen ersten Widerstand (R5) zwischen dem ersten Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers (30) umfaßt, und daß der zweite

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Eingang mit dem Ausgang über den Widerstand (R8) der RC-Konstantzeitschaltung verbunden ist und die Einstellschaltung eine Einrichtung zur Einstellung eines hohen Vergleichspotentials (V_L„)entsprechend dem ersten Wert und eines niedrigen Vergleichspotentials (V_TT) entspre-

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chend dem zweiten Wert aufweist, daß weiterhin ein erstes, polaritäts-empfindliches Element (D2) zwischen dem Ausgang der Steuerung (18) zur Erzeugung des zweiten Signals und der Einstelleinrichtung für das hohe Potential, das in dessen Richtung durchlässig ist, ein zweites polaritätsempfindliches Element (D4) zwischen der Einstelleinrichtung für das niedrige Vergleichspotential und der Steuerung (18), das in dessen Richtung durchlässig ist, ein drittes, polaritäts-empfindliches Element (D5) zwischen dem ersten Eingang des Operationsverstärkers (30) und der Einstelleinrichtung (19H) für das hohe Vergleichspotential, das Strom der ersten Polarität über einen zweiten Widerstand(R6) in dessen Richtung durchläßt, und ein viertes polaritäts-empfindliches Element(D6)vorgesehen ist, das mit der Einstelleinrichtung für das niedrige Vergleichspotential (19L) verbunden ist und in Richtung des ersten Eingangs des Operationsverstärkers (30) über einen dritten Widerstand(R7)durchlässig ist (Fig. 4).
4. Brennstoffregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (18) eine Integral-Steuerung (181) und eine Proportional-Steuerung (18P) umfaßt, deren Eingänge miteinander verbunden sind, daß der Sägezahngenerator (242) einen Operationsverstärker

(30) mit einem ersten und zweiten Eingang und einem Ausgang, einer RC-Konstantzeitschaltung (R8,C1) zwischen dem Ausgang und Masse und einen ersten Widerstand(R5) zwischen dem ersten Eingang und dem Ausgang umfaßt, daß der zweite Eingang mit dem Ausgang über den Widerstand (R8) der RC-Konstantzeitschaltung verbunden ist, und daß die Einstelleinrichtungen (19H,19L)zum Einstellen des hohen Vergleichs-

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potentials (V „) entsprechend dem maximalen Wert des Dreieckimpulses und des niedrigen Vergleichspotentials (V_n.,. ) entsprechend dem minimalen Wert des Dreieckimpulses vorgesehen ist, daß ein erstes, polaritäts-empfindliches Element (D2) mit dem Ausgang der Integral-Steuerung (181) verbunden ist und Strom in Richtung der Einstelleinrichtung (19H) für das hohe Vergleichspotential durchläßt, daß ein zweites, polaritäts-empfindliches Element (D4) mit der Einstelleinrichtung für das niedrige Potential verbunden ist und Strom in Richtung des Ausgangs der Integral-Steuerung (181) hindurchläßt, daß ein drittes, polaritäts-empfindliches Element (D7) mit dem Ausgang der Proportional-Steuerung (18P) verbunden ist und Strom in Richtung der Einstelleinrichtung (19H) für das hohe Potential hindurchläßt, daß ein viertes, polaritäts-empfindliches Element (D8) mit der Einstelleinrichtung (19L) für das niedrige Potential verbunden ist und Strom in Richtung des Ausgangs der Potential-Steuerung (18P) hindurchläßt, daß ein fünftes, polaritäts-empfindliches Element (D5) mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers (30) verbunden ist und Strom in Richtung der Einstelleinrichtung (19H) für das hohe Potential hindurchläßt, daß ein sechstes, polaritätsempfindliches Element (D6) mit der Einstelleinrichtung (19L) für das niedrige Potential verbunden ist und Strom in Richtung des ersten Eingangs des Operationsverstärkers durchläßt, und daß eine Widerstandsschaltung (R9-R11) mit den Ausgängen der Integral- und ProportionalSteuerungen verbunden ist und den Ausgangswert dieser Steuerungen modifiziert (Fig. 5).
5. Brennstoffregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator (243) eine Einstellschaltung (40) zum Einstellen eines ersten, zweiten, dritten und vierten Vergleichspotentials mit in dieser Reihenfolge zunehmendem Wert, einen ersten Komparator (53), dessen erster Eingang wahlweise an das

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erste und vierte Vergleichspotential entsprechend seinem Ausgangssignal anzulegen ist, und eine RC-Konstantzeitschaltung (R14,C2) umfaßt, die zwischen dem Ausgang des ersten Komparators (53) und Masse liegt und deren Verbindung zwischen dem Widerstand (R14) und dem Kondensator (C2) mit einem zweiten Eingang des ersten Komparators (53) verbunden ist, und daß die Einstelleinrichtung zweite und dritte Komparatoren (47,48) umfaßt, die erste und zweite Eingänge und jeweils einen Ausgang aufweisen, daß der erste Eingang des zweiten und dritten Komparators (47,48) gemeinsam mit dem Ausgang der zweiten Steuerung (181) verbunden ist, daß der zweite Eingang des zweiten Komparators (4 8) mit dem zweiten Vergleichspotential (V ) und der zweite Eingang des dritten Kom- parators (48) mit dem dritten Vergleichspotential (V ) verbunden ist, daß ein erstes polaritäts-empfindliches Element (D9) mit dem Ausgang des zweiten Komparators (47) verbunden ist und Strom in Richtung des zweiten Komparators (47) durchläßt und daß ein zweites polaritäts-empfindliches Element (D10) mit dem Ausgang des dritten Komparators (48) verbunden ist und Strom in Richtung des Eingangs der zweiten Steuerung (181) durchläßt (Fig. 6).
6. Brennstoffregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einstelleinrichtung einen ersten Spitzenwertdetektor (60) zum Abtasten des Maximalwerts des Dreieckimpulses und einen zweiten Spitzenwertdetektor (61) zum Abtasten des Minimalwertes des Dreieckimpulses, eine Widerstandsschaltung (R16 bis R18) in Verbindung mit den Ausgängen der beiden Spitzenwertdetektoren zur Erzeugung eines erster und zweiten Potentials (V_TIT, V₇._T) entsprechend den ersten und zweiten Werten, ei-

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nen ersten und zweiten Komparator (64,65) mit jeweils zwei Eingängen und einem Ausgang, wobei der erste Eingang beider Komparatoren gemeinsam mit dem Ausgang der zweiten Steuerung (182) verbunden ist, der zweite Eingang des

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ersten Komparators (64) mit dem ersten Potential (V) und der zweite Eingang des zweiten Komparators (65) mit dem zweiten Potential (V_TT) in Verbindung steht,

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ein erstes polaritäts-empfindliches Element (D15) in Verbindung mit dem Ausgang des ersten Komparators (64), das Strom in Richtung des Ausgangs des ersten Komparators (64) hindurchläßt, und ein zweites polaritäts-empfindliches Element in Verbindung mit dem Ausgang des zweiten Komparators (65), das Strom in Richtung des Eingangs der zweiten Steuerung hindurchläßt, umfaßt (Fig. 8).

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