DE2817872A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung des luft/brennstoff-verhaeltnisses bei einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung des luft/brennstoff-verhaeltnisses bei einer brennkraftmaschine

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DE2817872A1 DE19782817872 DE2817872A DE2817872A1 DE 2817872 A1 DE2817872 A1 DE 2817872A1 DE 19782817872 DE19782817872 DE 19782817872 DE 2817872 A DE2817872 A DE 2817872A DE 2817872 A1 DE2817872 A1 DE 2817872A1
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Description

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Toyota-shi, Japan
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses bei einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffgemisches und betrifft insbesondere ein Steuerverfahren zur Regelung eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses sowie eine Vorrichtung zur Steuerung der in die Brennkraftmaschine eingespritzten Brennstoffmenge in Abhängigkeit von verschiedenen Signalen, die den gleichen Betriebszustand der Brennkraftmaschine anzeigen, sowie in Abhängigkeit von einem Luft/Brennstoff-Verhältnissignal der Brennkraftmaschine.
Es ist bereits ein Verfahren zur Durchführung einer Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung bekannt, bei dem ein äquivalentes Luft/Brennstoff-Verhältnis (wenn ein Luft-Brennstoff -Kanal von dem Ansaug- bzw. Einlaßkanal durch den oberhalb eines Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßfühlers
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Posischeck (München) Klo 670-43-804
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gelegenen bzw. angeordneten Auslaßkanal als Arbeitsmittelbzw. Treibmittelkanal festgelegt wird, ist das äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis als Verhältniswert der in den Treibmittelkanal eingeleiteten Luftmenge zu der in den Treibmittelkanal eingeleiteten Brennstoffmenge definiert) innerhalb eines vorgegebenen Bereiches gehalten wird, indem eine Brennstoff-Einspritzgrundmenge auf der Basis von verschiedenen, zur /inzeige des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine dienenden separaten Signalen, wie zum Beispiel einen Ansaugluftsignal zur Anzeige der in die Brennkraftmaschine gesaugten Luftmenge, einem Ansaugdrucksignal zur Anzeige des absoluten Druckwertes in einer Ansaugleitung der Brennkraftmaschine und einem Umdrehungssignal zur Anzeige der Drehzahl pro Minute oder der Umdrehungsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine, gesteuert und diese Brennstoff-Einspritzgrundmenge auf der Basis eines Detektorsignals bzw. Meßsignals von einem Luft/Brennstoffverhältnis-;ießfühler korrigiert wird, der zum Beispiel ein in dem Auslaßsystem der Brennkraftmaschine angeordneter Sauerstoffkonzentrationsmeßfühler ist. Bei diesem Steuerverfahren ist eine Verbesserung der Abgasreinigungswirkung eines katalytischen Dreifach-Umsetzers in dem Auslaßsystem der Brennkraftmaschine möglich. Der Grund hierfür besteht darin, daß der katalytische Dreifach-Umsetzer, der gleichzeitig die drei grundsätzlichen oder wesentlichen Verschmutzungsstoffe CO, HC und NO reduziert, den höchsten Reinigungswirkungsgrad aufweist, wenn das äquivalente Luft/ Brennstoff-Verhältnis innerhalb eines engen Luft/Brennstoff-Verhältnisbereiches in der Nähe des stöchiometrischen Luft/ Brennstoff-Verhältnisses gehalten wird.
Bei der üblichen Steuervorrichtung dieser Art kann
jedoch die Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit von dem tatsächliehen Betriebszustand der Brennkraftmaschine nicht genau
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durchgeführt v/erden, da sich das Ansprechen des Luft/
Brennstoffverhältnis-Meßfühlers bei einem Ubergangsbetriebszustand der Brennkraftmaschine verzögert und da eine Zeitverzögerung durch die Weiterleitung des Luft-Brennstoffgemisches von dem Ansaugsystem zu dem Auslaßsystem in d£>r Brennkraftmaschine entsteht. In diesem Falle wird daher die Brennstoff-Einspritzmenge gleich der auf der Basis von verschiedenen, den Betriebszustand der
Brennkraftmaschine bezeichnenden Signalen berechneten
Einspritzgrundmenge. Da die Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung nicht durchgeführt wird, weist daher das äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine
Koinzidenz mit dem auf der Basis der Einsnritzgrundmenge bestimmten Wert auf. Wenn dieses Luft/Brennstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis abweicht, verringert sich die Reinigungswirkung des katalytischen Dreifach-Umsetzers proportional zu dieser Abweichung, so daß große Mengen schädlicher Verunreinigungen in den Abgasen von der Brennkraftmaschine ausgestoßen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses bei einer Brennkraftmaschine zu schaffen, durch die das äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis auch in einem Übergangsbetriebszustand der Brennkraftmaschine innerhalb eines vorgegebenen Bereiches gesteuer.t werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses eines Luft/Brennstoffgemisches in einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die durch
Steuerung der der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffmenge in Abhängigkeit von getrennten elektrischen
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Maschinenzustandssignalen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine bezeichnen, sowie in Abhängigkeit von einem elektrischen Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignal, das von einem äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnis bestimmt wird, erfolgt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Wert von zumindest einem der Maschinenzustandssignale in Abhängigkeit von einem Mittelwertsignal einer Gröi3e korrigiert, die einem Mittelwert des Luft/ Brennstoffverhältnis-Korrektursignals entspricht. Diese Korrektur des Maschinenzustandssignals erfolgt derart, daß der Betrag des Mittelwertsignals nahezu gleich einem vorgegebenen Wert wird, der dem Betrag des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals zum Zeitpunkt der Erzielung eines gewünschten äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnisses entspricht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals in Abhängigkeit von einem äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnis, eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Maschinenzustandssignale, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine bezeichnen, eine Einrichtung zur Steuerung der der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von den Maschinenzustandssignalen und dem Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignal zugeführten Brennstoffmenge, eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Mittelwertsignals mit einem dem Mittelwert des Luft/ Brennstoffveirhältnis-Korrektursignals entsprechenden Betrag und eine Einrichtung zur Korrektur des Wertes von zumindest einem der Maschinenzustandssignale entsprechend dem Mittelwertsignal, so daß der Betrag des Mittelwertsignals annähernd gleich einem vorgegebenen Wert wird, der dem Wert bzw. Betrag des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals zum Zeitpunkt der Erzielung eines gewünschten äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnisses entspricht.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine in Verbindung mit einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2a und 2b eine Schnittansicht und eine per
spektivische Ansicht des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltungsanordnung des Luft-Durchfluß
mengenmeßfühlers gemäß den Fig. 2a und 2b,
Fig. 4 ein Blockschaltbild der elektronischen Steuerschaltung gemäß Fig. 1,
Fig. 5 ein detailliertes Blockschaltbild einer Treibersteuerschaltung gemäß Fig. 4,
Fig. 6a und 6b Signalverläufe an verschiedenen Punkten
der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4,
Fig. 7 und 8 Schaubilder zur Veranschaulichung der Ubergangskennwerte bzw. Übergangskennlinien des Luft/Brennstoff-Verhältnisses
gemäß dem üblichen Verfahren,
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer elektronischen Steuerschaltung gemäß einer weiteren Aus-' führungsform der Erfindung,
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Fig. 10 ein Schaubild, in dem die Daten der wirklichen Ansaugluftmenge gegenüber den in einem Digitalrechner abgespeicherten Daten der korrigierten Ansaugluftmenge aufgetragen sind, und
Fig. 11a und 11b jeweils Ablaufdiagramme des in
dem Digitalrechner gemäß Fig. 9 abgespeicherten Programms.
Es sei zunächst auf Fig. 1 eingegangen, die in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine veranschaulicht, bei der eine Ausführungsform der Erfindung Anwendung findet. Die Bezugszahl 1 bezeichnet hierbei einen Zylinder der Brennkraftmaschine, in welchem ein Kolben 2 angeordnet ist. Mit dem Kolben 2 ist eine Kurbelwelle 3 über eine Pleuelstange 4 verbunden. Ein Luft-Durchflußmengenmeßfühler 6 ist an einer Ansaugleitung 5 der Brennkraftmaschine angebracht. Ein Brennstoffeinspritzventil 8 ist an einem Ansaugkanal 7 angeordnet, der stromabwärts bzw. unterhalb mit der Ansaugleitung 5 verbunden ist. Ein Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühler 10 ist an einer Auslaßleitung 9 der Brennkraftmaschine angeordnet, wobei stromabwärts bzw. unterhalb des Luft/BrennstoffVerhältnis-Meßfühlers 10 ein katalytischer Dreifach-Umsetzer 11 in der Auslaßleitung 9 angebracht ist. Ein Unterbrecherkontaktnocken 12 ist über einen (nicht dargestellten) Untersetzungsgetriebemechanismus mit der Kurbelwelle 3 verbunden und derart angeordnet, daß er Unterbrecherkontakte 14 öffnet oder schließt, die mit einer Primärwicklung 13 einer Zündspule elektrisch in Reihe geschaltet sind. Ein Ausgangsanschluß des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 6, ein Endanschluß einer (nicht dargestellten) Erregerspule des Brennstoffeinspritzventils 8, ein Ausgangsanschluß des Luft/BrennstoffVerhältnis-Meßfühlers 10 und ein Endanschluß der Primärwicklung 13 der Zündspule sind jeweils mit einer
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elektronischen Steuerschaltung 15 elektrisch verbunden.
Der Luft-Durchflußmengenmeßfühler 6 stellt die in die Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge fest und führt außerdem die Korrektur eines derart festgestellten Signals durch. Der Meßfühler 6 weist den in den Fig. 2a, 2b und 3 dargestellten Aufbau auf, der nachstehend näher beschrieben wird.
. In einem Gehäuse des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers befindet sich ein Änsaugluftkanal 20, in dem eine Durchflußmengen-Heßplatte 21 angeordnet ist. Diese Meßplatte 21 ist an einer drehbar von dem Gehäuse gehaltenen Drehachse 22 befestigt. Zwischen der Drehachse 22 und dem Gehäuse ist eine Spiralfeder 23 angeordnet, von der die Durchflußmengen-Meßplatte 21 gemäß Fig. 2a in Uhrzeigerrichtung gedruckt wird, so daß, wenn die Ansaugluft in Pfeilrichtung in den Ansaugluftkanal 20 strömt, die Durchflußmengen-Meßplatte 21 in Fig. 2a in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird und sich die Winkelstellung der Drehachse 22 in Abhängigkeit von Änderungen der Ansaugluftmenge ändert. Durch diese Bewegung der Meßplatte 21 in Gegenuhrzeigerrichtung gleitet ein mit der Drehachse 22 verbundener Abgreifrotor 24 auf einem festen Schiebewiderstand bzv/. Stellwiderstand 25. Als Ergebnis ändert sich der Wert des elektrischen Widerstandes zwischen einem Endanschluß des festen Stellwiderstandes 25 und dem Abgreifrotor 24, so daß eine der Ansaugluftmenge umgekehrt proportionale Klemmenspannung abgegriffen werden kann. In den Fig. 2a und 2b bezeichnen die Bezugszahl 26 eine Dämpfungskammer und die Bezugszahl 29 eine Dämpferplatte. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Potential-Teilerwiderstand 27 dem festen Stellwiderstand 25 parallel geschaltet. Dieser Potential-Teilerwiderstand 27 besteht aus mehreren Rheostaten, die derart angeordnet sind, daß sie
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jeweils durch einen von mehreren Schrittmotoren angetrieben werden. Wie im einzelnen in Fig. 3 dargestellt ist, sind mehrere (drei gemäß Fig. 3) Rheostaten 27a, 27b und 27c dem Stellwiderstand 25 parallel geschaltet, wobei jeweils die Antriebswellen von Schrittmotoren 28a, 28b und 28c mit den jeweiligen Drehachsen dieser Rheostaten verbunden sind. Dementsprechend wird der zwischen einem Endanschluß 25a des Stellwiderstandes 25 und dem Ausgangsanschluß 24a des Abgreifrotors 24 auftretende Widerstand in Abhängigkeit von dem Drehgrad bzw. der Drehstellung eines jeden Schrittmotors korrigiert.
Der Brennstoff wird dem Brennstoff-Einspritzventil 8 mit einem vorgegebenen Druck von einem (nicht dargestellten) Brennstoff-Zufuhrsystem zugeführt. In die Ansaugleitung 7 gelangt eine Brennstoffmenge, die der Dauer entspricht, während der die Erregerspule des Brennstoff-Einspritzventils 8 erregt ist.
Der Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühler 10 ist zum Beispiel ein Sauerstoffkonzentrationsmeßfühler, der Zirkonoxyd als Sauerstoffionenleiter aufweist. Dieser Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühler 10 ist derart aufgebaut, daß bei einem unter dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis liegenden äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnis bzw. einem fetten Brennstoffzustand der Abgase eine Ausgangsspannung von ungefähr 1 V erzeugt wird, während bei einem über dem theoretischen Luft/Brennstoff-Verhältnis liegenden äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnis bzw. einem mageren Brennstoffzustand der Abgase eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,1 bis 0,2 V erzeugt wird.
In Fig. 4 ist ein detailliertes Blockschaltbild dargestellt, das den Aufbau der elektronischen Steuerschaltung 15 veranschaulicht. Diese elektronische Steuerschaltung 15
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weist drei Hauptschaltungen auf, nämlich eine Einspritzgrunddauer-Einstellschaltung, eine Luft/Brennstoff-Verhältniskorrektur-Einstellschaltung und eine Einspritzgrunddauer-Korrekturschaltung. Die Einspritzgrunddauer-Einstellschaltung erzeugt Impulse, deren Dauer der Einspritzgrunddauer entspricht, deren Bestimmung wiederum erfolgt, indem getrennte Maschinenzustandssignale zur Anzeige des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine verwendet werden. Die Luft/Brennstoff-Verhältniskorrektur-Einstellschaltung korrigiert die Dauer dieser Impulse in Abhängigkeit von dem äquivalenten Luft/ Brennstoff-Verhältnis. Die Einspritzgrunddauer-Korrekturschaltung korrigiert den Wert von zumindest einem der Maschinenzustandssignale in Abhängigkeit von einem Signal, das von der Luft/Brennstoff-Verhältniskorrektur-Einstell-
'5 schaltung abgegeben wird.
Der Aufbau der Einspritzgrunddauer-Einstellschaltung ist zum Beispiel aus den Japanischen Offenlegungsschriften 47-9,751 und 49-67,016 bekannt. Aufbau und Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung v/erden nachstehend kurz beschrieben.
Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, weist die Einspritzgrunddauer-Einstellschaltung ein mit den Unterbrecherkontakten 14 verbundenes Flip-Flop 40, eine mit einem Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß des Flip-Flops 40 verbundene erste Aufladungs-Entladungsschaltung 41 und eine mit dem Ausgangsanschluß der ersten Aufladungs-Entladungsschaltung 41 verbundene erste Impulsgeneratorschaltung 42 auf.
Wenn die Unterbrecherkontakte 14 entsprechend der Umdrehung bzw. Drehzahl der Brennkraftmaschine öffnen oder schließen, wird ein Signal mit dem in Fig. 6a-(A) dargestellten Verlauf dem Flip-Flop 40 zugeführt, das bei Anliegen dieses Eingangssignals entsprechende Setz- und Rückrtell-
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operationen wiederholt und eine Ausgangsspannung erzeugt, wie sie in Fig. 6a-(B) dargestellt ist. Das heißt, die Frequenz der Ausgangsimpulse des Flip-Flops 40 ist der Maschinendrehzahl N pro Minute direkt proportional, so daß die Breite bzw. Dauer der Ausgangsimpulse des Flip-Flops der Maschinendrehzahl N pro Minute umgekehrt proportional ist. Die erste Aufladungs-Entladungsschaltung 41 weist einen Lade- und Entladekondensator auf. Wenn das Eingangssignal der Schaltung 41 einen hohen Wert aufweist, erfolgt der Aufladevorgang des Kondensators mit einem bestimmten Ladestrom. Der Ausgangsspannungswert der Aufladungs-Entladungsschaltung 41 zum Zeitpunkt des Abschlusses des Aufladevorganges entspricht daher der Dauer des von dem Flip-Flop 40 erzeugten Ausgangsimpulses, d. h., der Ausgangsspannungswert ist der Maschinendrehzahl N pro Minute umgekehrt proportional, wie dies in Fig. 6a-(C) dargestellt ist. Wenn das Eingangssignal der Aufladungs-Entladungsschaltung 41 auf einen niedrigen Wert übergeht, führt die Schaltung den Entladungsvorgang durch. Der Ausgangsanschluß des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 6 ist mit dem anderen Eingangsanschluß der Aufladungs-Entladungsschaltung 41 verbunden, wodurch der Wert des Entladungsstromes während des vorstehend beschriebenen Entladungsvorganges von der Ausgangsspannung des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 6 gesteuert wird. Dies erfolgt derart, daß bei einer großen Ansaugluftmenge Q der Brennkraftmaschine aufgrund der dann in der vorstehend beschriebenen Weise erfolgenden Verkleinerung des Ausgangsspannungswertes des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 6 der Entladungsstrom verringert wird und dementsprechend in diesem Falle der Ausgangsspannungswert der ersten Aufladungs-Entladungsschaltung 41 allmählich abfällt, wie dies durch die durchgezogene Linie in Fig. 6a-(C) dargestellt ist. Wenn dagegen die Ansaugluftmenge Q der Brennkraftmaschine klein ist, steigt der Entladungsstrom an und der Ausgangsspannungswert der ersten Aufladungs-Entladungsschaltung 41
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fällt abrupt ab, wie dies durch die gestrichelte Linie in Fig. 6a-(C) dargestellt ist.
Die Ausgangsspannung der ersten Aufladungs-Entladungsschaltung 41 wird der ersten Impulsgeneratorschaltung 4 2 zugeführt, die einen Impuls mit einer Impulsdauer t. erzeugt, die gleich der Zeitdauer zwischen der Beendigung des Aufladungsvorganges und der Beendigung des Entladungsvorganges in der Aufladungs-Entladungsschaltung 41 ist. In Fig. 6a-(D) ist der Verlauf dieses Ausgangsimpulses der ersten Impulsgeneratorschaltung 42 dargestellt. Der Ausgangsspannungswert der ersten Aufladungs-Entladungsschaltung 41 ist zum Zeitpunkt der Beendigung des Aufladungsvorganges der Maschinendrehzahl N pro Minute umgekehrt proportional, während der Entladungsstrom der Ansaugluftmenge Q der Brennkraftmaschine proportional ist. Die Impulsdauer t1 des Ausgangsimpulses der Impulsgeneratorschaltung 42 läßt sich daher durch t. 1^ Q/N ausdrücken.
Nachstehend sollen nun Aufbau und Wirkungsweise der ebenfalls bekannten Luft/Brennstoff-Verhältniskorrektur-Einstellschaltung beschrieben v/erden. Diese Schaltungsanordnung zur Einstellung einer Luft/Brennstoff-Verhältniskorrektur umfaß einen mit dem Ausgangsanschluß des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 10 verbundenen Vergleicher 43, einen mit dem Ausgangsanschluß des Vergleichers 43 verbundenen Integrator 44, eine zweite Aufladungs-Entladungsschaltung 46, die mit einem Eingangsanschluß über einen Inverter 45 mit dem Ausgangsanschluß des Integrators 44 und dem anderen Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß der vorstehend beschriebenen ersten Impulsgeneratorschaltung 4 2 verbunden ist, eine mit dem Ausgangsanschluß der zweiten Aufladungs-Entladungsschaltung 46 verbundene zweite Impulsgeneratorschaltung 47 und eine mit den Ausgangsanschlüssen der ersten Impulsgeneratorschaltung 4 2 und der zweiten Impulsgenerator-
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schaltung 47 verbundene ODER-Schaltung. Der Ausgangsanschluß der ODER-Schaltung 48 ist zur Steuerung der Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 8 mit der Basis eines Schalttransistors 49 verbunden, der mit der Erregerspule 8a des Brennstoffeinspritzventils 8 in Reihe geschaltet ist.
Die den in Fig. 6b-(H) dargestellten Verlauf aufweisende Ausgangsspannung Va des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 10 wird dem einen Operationsverstärker OP1 aufweisenden Vergleicher 43 zugeführt und nach Inversion mit einer Standard- bzw. Normalspannung Vb von ungefähr 0,45 V verglichen. Die Ausgangsspannung Vc des Vergleichers 43 weist daher den in Fig. 6b-(I) dargestellten Verlauf auf. Diese Ausgangsspannung Vc des Vergleichers 43 wird dem einen Operationsverstärker OP2 aufweisenden Integrator 44 zugeführt und dort integriert. Das Ausgangssignal des Integrators 44 wird sodann von einem einen Operationsverstärker OP-, aufweisenden Inverter 45 invertiert. Die Ausgangsspannung Vd des Inverters 45 v/eist daher den in Fig. 6b-(J) dargestellten Verlauf auf. Diese Ausgangsspannung, die das Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignal Vd darstellt, wird der zweiten Aufladungs-Entladungsschaltung 46 zugeführt. Ferner wird der zweiten Aufladungs-Entladungsschaltung 46 der in Fig. 6a-(D) dargestellte Ausgangsimpuls der vorstehend beschriebenen ersten Impulsgeneratorschaltung 42 zugeführt. Die zweite Aufladungs-Entladungsschaltung 4 6 weist einen Lade- und Entladekondensator auf, der bei einem hohen Wert des Eingangssignals der Schaltung 46 mit einem bestimmten Ladestrom aufgeladen wird. Die Ausgangsspannung der zweiten Aufladungs-Entladungsschaltung 46 weist somit zum Zeitpunkt der Beendigung des Aufladungsvorganges einen der Impulsdauer t.. des Ausgangsimpulses der ersten Impulsgeneratorschaltung 42 proportionalen Wert auf, d. h., den Wert von Q/N, wie dies in Fig. 6a-(E) dargestellt ist. Wenn sich der Wert des von der ersten Impulsgeneratorschaltung 42 erhaltenen Eingangssignals
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ändert und auf einen niedrigen Wert übergeht, führt die zweite Aufladungs-Entladungsschaltung 46 den Entladungsvorgang durch. Der Entladungsstrom wird bei diesem Entladungsvorgang derart gesteuert, daß er dem Wert der von dem Inverter 45 zugeführten Spannung umgekehrt proportional ist. Im einzelnen erfolgt dies derart, daß bei einem hohen Wert der von dem Inverter 45 zugeführten Spannung der Ausgangsspannungswert der zweiten Aufladungs-Entladungsschaltung 4 6 allmählich kleiner wird, wie dies in Fig. 6a-(E) durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, während bei einem niedrigen Wert der von dem Inverter 45 zugeführten Spannung der Entladungsstrom groß wird und der Ausgangsspannungswert der zweiten Aufladungs-Entladungsschaltung abrupt abfällt, wie dies in Fig. 6a-(E) durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist.
Die Ausgangsspannung der zweiten Aufladungs-Entladungsschaltung 4 6 wird der zweiten Impulsgeneratorschaltung zugeführt, wodurch der in Fig. 6a-(F) dargestellte Impuls erzeugt v/ird, der eine Impulsdauer t~ aufweist, die gleich der Zeitdauer zwischen der Beendigung des Aufladungsvorganges und der Beendigung des Entladungsvorganges der zweiten Aufladungs-Entladungsschaltung 46 ist. Das heißt, diese Impulsdauer t„ entspricht dem Wert der Ausgangsspannung des Inverters 45. Die beiden Ausgangsspannungen der ersten Impulsgeneratorschaltung 42 und der zweiten Impulsgeneratorschaltung 47 v/erden gleichzeitig der ODER-Schaltung 48 zugeführt, so daß eine logische Summe dieser beiden anliegenden Ausgangsspannungen erhalten werden kann. Die Impulsdauer T des Ausgangsimpulses der ODER-Schaltung 48 wird daher durch T = t1 + t" ausgedrückt, wie dies in Fig. 6a-(G) veranschaulicht ist. Wenn sich daher das äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis im brennstoffmageren Bereich befindet, da die Ausgangsspannung des Inverters 45 eine positive Steigung aufweist, wie dies in Fig. 6b-(J) dargestellt ist, steigt die vorstehend beschriebene Impulsdauer T allmählich an, während
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im entgegengesetzten Falle, wenn das äquivalente Luft/ Brennstoff-Verhältnis im brennstoff-fetten Bereich liegt, die Impulsdauer T allmählich abnimmt. Wenn der Ausgangsimpuls der ODER-Schaltung 48 der Basis des Schalttransistors 49 zugeführt wird, wird die Erregerspule 8a erregt und damit das Brennstoffeinspritzventil 8 für eine der vorstehend beschriebenen Ausgangsimpulsdauer T entsprechende Zeitdauer geöffnet und dadurch der Brennkraftmaschine Brennstoff zugeführt.
Wenn die Brennstoff-Einspritzsteuervorrichtung der Brennkraftmaschine lediglich aus der vorstehend beschriebenen Einspritzgrunddauer-Einstellschaltung und der Luft/ Brennstoff-Verhältniskorrektur-Einstellschaltung besteht, treten im normalen stetigen Dauerbetriebszustand der Brennkraftmaschine keine Störungen oder Schwierigkeiten auf. Im einzelnen bedeutet dies, daß auch bei einer Abweichung des entsprechend der aus der Ansaugluftmenge und der Drehzahl der Brennkraftmaschine berechneten Brennstoff-Einspritzgrundmenge gesteuertenäquivalentenLuft/Brennstoff-Verhältnisses (nachstehend als "Luft/Brennstoff-Grundverhältnis" bezeichnet) von dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis aufgrund der Rückkopplungssteuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses das entsprechend der korrigierten Brennstoff-Einspritzmenge gesteuerte äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis (nachstehend als "Korrigiertes Luft/Brennstoff-Verhältnis" bezeichnet) im wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis ist. Wenn sich jedoch die Brennkraftmaschine in einem Übergangsbetriebszustand befindet, besteht die Gefahr, daß das korrigierte Luft/ Brennstoff-Verhältnis stark von dem stöchiometrischen Luft/ Brennstoff-Verhältnis abweicht. Diese unerwünschte Erscheinung wird nachstehend näher beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 7 soll angenommen werden, daß die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine im Bereich X den Wert Q1 und im Bereich Y den Wert Q„ aufweist und daß das Luft/Brennstoff-Grundverhältnis im Bereich Y gleich dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis ist, jedoch das Luft/Brennstoff-Grundverhältnis im Bereich X von dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis zum Beispiel zum brennstoffmageren Bereich hin abweicht und diese Abweichung durch das von der Luft/Brennstoff-Verhältniskorrektur-Einstellschaltung zugeführte Luft/Brennstoff-Verhältniskorrektursignal kompensiert wird. Wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine abrupt von dem Bereich X zu dem Bereich Y übergeht, erhöht sich die Brennstoffmenge im Anfangszustand des Betriebes im Bereich Y, obwohl eine solche Erhöhung der Brennstoffmenge aufgrund der Verzögerung des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers, der Weiterleitungs- bzw. Übertragungsverzögerung des Gemisches der Brennkraftmaschine oder dergleichen unnötig ist. Dementsprechend geht in einem solchen Falle das äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis sprungartig auf den brennstoff-£etten Bereich über, wie dies in Fig. 7 durch die gestrichelte Linie b bezeichnet ist. Wenn dagegen das Luft/Brennstoff-Grundverhältnis im Bereich X zum brennstoff-fetten Bereich hin abweicht, wie dies in Fig. 7 durch die durchgezogene Linie a bezeichnet ist, geht das äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis sprungartig auf den brennstoffmageren Bereich über. Wie Fig. 8 zu entnehmen ist, ist der Sprung des äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnisses innerhalb beider Bereiche um so höher, je größer die Abweichung des Luft/Brennstoff-Grundverhältnisses von dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis ist.
Die nachstehend beschriebene Einspritzgrunddauer-Korrekturschaltung ist bei dieser Ausführungsform zur Ver-5 hinderung des Auftretens dieser nachteiligen Erscheinung
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vorgesehen, und zwar derart, daß das Luft/Brennstoff-Grundverhältnis dahingehend gesteuert wird, daß die vorstehend beschriebene Abweichung des äquivalenten Luft/ Brennstoff-Verhältnisses auf einen praktisch vernachlässigbar kleinen Wert verringert wird. Aufbau und Wirkungsweise dieser Einspritzgrunddauer-Korrekturschaltung, die ein charakteristisches Merkmal der Erfindung darstellt, werden nachstehend näher beschrieben.
Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, ist der Ausgangsanschluß des Vergleichers 43 mit dem Eingangsanschluß eines von der negativen Flanke seiner Eingangsspannung getriggerten monostabilen Multivibrators 50 sowie mit dem Eingangsanschluß eines von der positiven Flanke seiner Eingangsspannung getriggerten monostabilen Multivibrators 51 verbunden. Die Ausgangsspannungen Ve und Vf dieser monostabilen Multivibratoren 50 und 51 weisen daher jeweils einen Verlauf auf, wie er in den Fig. 6b-(K) bzw. 6b-(L) dargestellt ist. Zwischen dem Inverter 45 und einem Ladekondensator 54 ist ein Schalttransistor 52 angeordnet, während zwischen dem Inverter 45 und einem Ladekondensator 55 ein Schalttransistor 53 angeordnet ist. Wenn die Schalttransistoren 52 und 53 aufgrund der von den monostabilen Ilultivibratoren 50 und 51 zugeführten Impulse Ve und Vf leitend werden, werden daher die Kondensatoren 54 und 55 jeweils auf einen Spannungswert aufgeladen, der gleich dem Ausgangsspannungswert des Inverters 45 ist.
Im einzelnen wird die Klemmenspannung des Kondensators 54 zum Zeitpunkt des Überganges des äquivalenten Luft/ Brennstoff-Verhältnisses von dem brennstoffmageren Bereich zu dem brennstoffetten Bereich zur Ausgangsspannung des Inverters 45, d. h. zu dem (in Fig. 6b-(J) dargestellten) Luft/Brennstoff-Verhältniskorrektursignal Vg, während die Klemmenspannung des Kondensators 55 zum Zeitpunkt des Über-
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ganges des äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnisses von dem brennstoffetten Bereich auf den brennstoffmageren Bereich zu dem (in Fig. 6b-(J) dargestellten) Luft/Brennstoff-Verhältniskorrektursignal Vh wird. Die Klemmenspannungen der Kondensatoren 54 und 55 werden einer Summierschaltung 58 über eine Pufferschaltung 56 mit einem Operationsverstärker OP. bzw. eine Pufferschaltung 57 mit einem Operationsverstärker OP1. zugeführt. Die Summierschaltung 58 ist eine übliche Schaltungsanordnung, die aus einem Operationsverstärker OP-- u. dgl. besteht. Der Eingangsanschluß der · Summierschaltung 58 ist mit den vorstehend beschriebenen Pufferschaltungen 56 und 57 verbunden, während der Ausgangsanschluß der Summierschaltung 58 mit dem Eingangsanschluß eines üblichen Inverterverstärkers 59 verbunden ist, der einen Operationsverstärker OP^ und Widerstände R1 und R2 aufweist. Das Verhältnis der Widerstandswerte des Eingangswiderstandes R1 und des Rückkopplungswiderstandes R2 des Inverterverstärkers 59 ist auf den Wert 2 : 1 eingestellt. Dementsprechend wird die Ausgangsspannung Vi des Inverter-Verstärkers 59 durch Vi = (Vg + Vh)/2 ausgedrückt. Der Ausgangsanschluß des Inverterverstärkers 59 ist mit dem Eingangsanschluß eines einen Operationsverstärker 0P„ aufweisenden Vergleichers 60 sowie dem Eingangsanschluß eines einen Operationsverstärker 0Pg aufweisenden Vergleichers verbunden. Die Vergleicher 60 und 61 und eine mit den Ausgangsanschlüssen der Vergleicher 60 und 61 verbundene ODER-Verknüpfungsschaltung 62 bilden zusammen eine sog. Signalfenster-Vergleicherschaltung. Wie in Fig. 6b-(M) dargestellt ist, v/eist der Vergleicher 60 im einzelnen eine obere Bezugsspannung Vj und eine untere Bezugsspannung Vk auf. Wenn die Eingangssignalspannung Vi ansteigt und größer als diese obere Bezugsspannung Vj wird, gibt der Vergleicher 60 ein Ausgangssignal Vl hohen Wertes ab, wie dies in Fig. 6b-(N) dargestellt ist. Fällt die Eingangssignalspannung Vi ab und wird kleiner als die untere Bezugsspannung Vk, erzeugt der Vergleicher 61 ein Ausgangssignal trn hohen
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Viertes,, wie dies in Fig. 6b-(O) dargestellt ist. Die Ausgangs spannung Vn der ODER-Schaltung 62 wird daher auf einen hohen Wert angehoben, wenn Vi is Vk oder Vj έ Vi ist, wie dies den Fig. 6b-(M) und 6b-(P) zu entnehmen ist. 5
Der Ausgangsanschluß der ODER-Schaltung 6 2 ist mit dem Steuersignal-Eingangsanschluß eines Schalttransistors 63 verbunden. Dieser Schalttransistor 63 ist daher im Falle von Vk < Vi < Vj leitend, während er im Falle von Vi έ Vk oder Vj έ Vi sperrt. Der Signal-Eingangsanschluß des Schalttransistors 63 ist über eine UND-Verknüpfungsschaltung 64 mit dem Ausgangsanschluß eines Impulsgenerators 65 sowie dem Ausgangsanschluß eines monostabilen Multivibrators 6 6 verbunden. Der Eingangsanschluß dieses monostabilen Multivibrators 66 ist mit den Ausgangsanschlüssen der vorstehend beschriebenen monostabilen Multivibratoren 50 und 51 über eine ODER-Verknüpfungsschaltung verbunden. Bei jeder Inversion der Ausgangsspannung Vc des Vergleichers 43 wird somit eine Impulsspannung mit einer vorbestimmten Impulsdauer von dem monostabilen Multivibrator 66 abgegeben, so daß eine EIN-AÜS-Steuerung der UND-Verknüpfungsschaltung 64 erfolgt. Somit wird bei jeder Inversion des Ausgangssignals des Luft/ Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 10 eine vorgegebene Anzahl von Ausgangsimpulsen des Impulsgenerators 65 dem Schalttransistor 63 zugeführt. Wenn die Ausgangsspannung Vi des Inverterverstärkers 59 den Wert Vi 4s Vk oder Vj L·. Vi aufweist, werden die zugeführten Ausgangsimpulse über den Schalttransistor 63 weitergeleitet. Der Ausgangsanschluß des Schalttransistors 63 ist über einen Schalttransistor 68 mit einem Impulseingangsanschluß 69a einer Schrittmotor-Antriebssteuerschaltung 6 9 verbunden. Der Steuersignal-Eingangsanschluß des Schalttransistors 68 ist mit dem Ausgangsanschluß einer aus einer Differenzierschaltung 70 und einem Vergleicher 71 bestehenden Diskriminatorschaltung zur Unterscheidung bzw. Feststellung des normalen Dauerbetriebszu-
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Standes der Brennkraftmaschine verbunden. Der Eingangsanschluß dieser Diskriminatorschaltung ist mit dem Ausgangsanschluß des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 6 verbunden. Die Diskriminatorschaltung unterscheidet bzw. ermittelt den normalen Dauerbetriebszustand der Brennkraftmaschine, indem Änderungen der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine mittels der Differenzierschaltung 70 erfaßt werden und mittels des Vergleichers 71 festgestellt bzw. beurteilt wird, daß die erfaßte Änderung kleiner als der vorgegebene Wert ist. Nur während des normalen Dauerbetriebszustandes der Brennkraftmaschine gibt die Diskriminatorschaltung eine Ausgangsspannung hohen Wertes an den Schalttransistor 68 zum Durchschalten des Transistors 68 und zur Zuführung der Ausgangsimpulse des vorstehend beschriebenen Schalttransistors 63 zu der Schrittmotor-Antriebssteuerschaltung 6 9 ab.
Ein Steuersignal-Eingangsanschluß 69b der Schrittmotor-Antriebssteuerschaltung 69 ist mit dem Ausgangsanschluß des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 6 verbunden, während Drehrichtungssignal-Eingangsanschlüsse 69c und 69d der Antriebssteuerschaltung 69 jeweils mit dem Ausgangsanschluß des Vergleichers 60 bzw. des Vergleichers 61 verbunden sind. In Fig. 5 ist in Form eines Blockschaltbildes ein Teil dieser Schrittmotor-Antriebssteuerschaltung 69 im einzelnen veranschaulicht. Nachstehend sollen nun Aufbau und Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebssteuerschaltung 69 unter Bezugnahme auf Fig.5 beschrieben werden.
Der in der vorstehend beschriebenen Weise mit dem Ausgangsanschluß des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 6 verbundene Steuersignal-Eingangsanschluß 69b ist außerdem mit einer sog. Signalfenster-Vergleicherschaltung 80a verbunden. Diese Vergleicherschaltung mit 2 vorgegebenen Bezugsspannungen erzeugt ein Signal hohen Wertes, wenn das Eingangs-
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signal einen zwischen den beiden vorgegebenen Bezugsspannungen liegenden Wert aufweist» Obwohl in Fig. 5 im einzelnen nicht dargestellt? ist für jeden der Impulsmotoreri 28a bis 28e jeweils eine Vergleicherschaltung 8Oa bis 8Oe mit verschiedenen vorgegebenen Bezugsspannungen vorgesehen. Die Ausgangsanschlüsse der Vergleicherschaltungen SOa bis 8Oe sind mit jeweiligen Steuersignai-Eingangsanschlüssen von Schalttransistoren 81a bis 81e für die jeweiligen Schrittmotoren 28a bis 28e verbunden. Die anderen Eingangsanschlüsse der Schalttransistoren 81a bis 81e sind mit dem Impulseingangsanschluß 69a verbunden. Die Ausgangsanschlüsse dieser Schalttransistoren sind mit den jeweiligen Eingangsanschlüssen von Treiberschaltungen 82a bis 82e für die jeweiligen Schrittmotoren 28a bis 28e verbunden» In Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 6 leitet somit ein spezifischer Schalttransistor der Schalttransistoren 81a bis 81e, so daß der vorstehend beschriebene Impuls der entsprechenden Treiberschaltung zum Antrieb des mit ihr verbundenen Schrittmotors zugeführt wird. Hierdurch wird der entsprechende Rheostat des vorstehend beschriebenen Potential-Teilerwiderstandes 27 des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 6 gesteuert. Die Treiberschaltungen 82a bis 82e wirken jeweils als übliche Antriebsschaltung für einen Schrittmotor. Die Drehrichtung des Schrittmotors wird in Abhängigkeit von einem Signal gesteuert, das über die Drehrichtungssignal-Eingangsanschlüsse 69c und 69d jeweils von dem Vergleicher 60 bzw. dem Vergleicher 61 zugeführt wird. Im einzelnen wird im Falle von Vj ά Vi bei einem im brennstoffmageren Bereich liegenden Luft/Brennstoff-Grundverhältnis der vorstehend beschriebene Potential-Teilerwiderstand 27 derart gesteuert, daß die Ausgangsspannung des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 6 abfällt, während im Falle von Vi — Vk bei einem im brennstoffetten Bereich liegenden Luft/Brennstoff-Grundverhältnis der Widerstand 27 derart gesteuert wird, daß die Ausgangs-
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spannung des Luft-Durchflußmengenxneßfühlers β ansteigt. Da durch diesen Aufbau das Luft/Brennstoff-Grundverhältnis ständig automatisch derart gesteuert wird,, daß der Verhältniswert im wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Luft/ Brennstoff-Verhältnis ist? kann das Auftreten der Sprungerscheinung bzw. des sprungartigen Abweichens des äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Übergangsbetriebszustand der Brennkraftmaschine unabhängig von den Kennwerten und Eigenschaften des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers und der Brennkraftmaschine verhindert werden, so daß die Abgasreinigungswirkung dementsprechend beträchtlich verbessert werden kann. Darüber hinaus kann auch bei Fehlfunktionen oder einem Ausfall des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers eine Verringerung der Abgasreinigungswirkung verhindert v/erden, da das Luft/Brennstoff-Grundverhältnis bereits korrigiert worden ist.
Die Erfindung läßt sich jedoch nicht nur wie im Falle der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform als Steuervorrichtung analoger Bauart, sondern auch in digitaler Form realisieren. Nachstehend soll nun eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden, bei der eine Luft/Brennstoffverhältnis-Steuervorrichtung digitaler Bauart unter Verwendung eines Digitalrechners Anwendung findet.
Fig. 9 stellt ein Blockschaltbild dar, das diese bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung zu verwendende Steuervorrichtung veranschaulicht. In Fig. 9 bezeichnet die Bezugszahl 90 einen Taktimpulsgenerator, der mit einem Eingangsanschluß einer logischen Produktschaltung verbunden ist, welche bei dieser Auführungsform eine NAND-Verknüpfungsschaltung 91 ist. Der andere Eingangsanschluß der NAND-Verknüpfungs* schaltung ist mit dem Ausgangsanschluß eines Flip-Flops 92 verbunden, das von einer von der Primärwicklung 13 der Zünd-
spule erhaltenen Eingangsspannung angesteuert wird. Der Ausgangsanschluß der NAND-Verknüpfungsschaltung 91 ist mit einem Taktimpuls-Eingangsanschluß eines voreinstellbaren Binärsählers 93 verbunden. Die Impulsdauer des Ausgangsimpulses des Flip-Flops 92 ist wie im Falle des Flip-Flops 40 bei der ersten Ausführungsform der Maschinendrehzahl N pro Minute umgekehrt proportional. Die Anzahl der über die NAND-Verknüpfungsschaltung 91 dem Binärzähler 93 zugeführten und dadurch gezählten Taktimpulse ist somit der Maschinendrehzahl N pro Minute umgekehrt proportional. Der Ausgangsanschluß des Binärzählers 93 ist mit einer Datensammelleitung 94 eines digitalen Mikrorechners 9 5 verbunden. Ein Luft-Durchflußmengenmeßfühler 96, der mit der Ausnahme, daß der Potential-Teilerwiderstand und die Schrittmotoren entfallen sind, den gleichen Aufbau wie der Luft-Durchflußmengenmeßfühler 6 der ersten Ausführungsform aufweist, ist mit seinem Ausgangsanschluß über einen Analog-Digital-Umsetzer 97 mit der Datensammelleitung 94 des Mikrorechners verbunden. Aufbau und Wirkungsweise des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 10, des Vergleichers 43, des mittels einer negativen Signalflanke triggerbaren monostabilen Multivibrators 50, des mittels einer positiven Signalflanke triggerbaren monostabilen Multivibrators 51 sowie der ODER-Verknüpfungsschaltung 67 sind die gleichen wie im Falle der ersten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform ist jedoch der Ausgangsanschluß der ODER-Verknüpfungsschaltung 67 mit einem ersten Unterbrechungsimpuls-Eingangsanschluß des Mikrorechners 95 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 43 ist mit der Datensammelleitung 94 des Mikrorechners 95 verbunden. Der Ausgangsanschluß eines Triggerimpulsgenerators 98 zur Erzeugung von Impulsen mit einer viel höheren Impulsfolgefrequenz als die Frequenz der Ausgangssignale des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 10 ist mit einem zweiten Unterbrechungsimpuls-Eingangsanschluß des Mikrorechners 95 verbunden. Die Datensammelleitung 94
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des Mikrorechners 95 ist über eine Zwischenspeicherschaltung
99 mit einem Dateneingangsanschluß eines Abwärtszählers 100 verbunden. Der Taktimpuls-Eingangsanschluß des Abwärtszählers 100 ist mit dem vorstehend beschriebenen Taktimpulsgenerator 90 verbunden. Der Ausgangsanschluß eines magnetischen Signalgebers bzw. Signalaufnahmewandlers 101 ist mit dem Freigabesignal-Eingangsanschluß des AbwärtsZählers
100 verbunden. Der magnetische Signalgeber 101 ist in Randnähe einer Kurbelwellendrehwinkel-Detektorscheibe 102 angeordnet, die mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist und entsprechend der Drehbewegung der Kurbelwelle gedreht wird. Wenn einer von mehreren, am ümfangsrand der Scheibe 102 ausgebildeten Vorsprüngen den Nahbereich des magnetischen Signalgebers 101 durchläuft, wird jeweils eine Impulsspannung von dem Signalgeber 101 erzeugt. Das heißt, der magnetische Signalgeber bzw. Signalaufnahmewandler 101 erzeugt einen Impuls für jeweils einen vorgegebenen Kurbelwellen-Drehwinkel. Der Ausgangsanschluß des Abwärtszählers 100 ist mit der Basis eines Schalttransistors 49 zur Betätigung einer Erregerspule 8a eines Brennstoff-Einspritzventils 8 verbunden, das den gleichen Aufbau wie im Falle der ersten Ausführungsform aufweist.
Der Mikrorechner 95 ist eine übliche Ausführungsform und weist einen Mikroprozessor (CPU) 95a, einen Festwertspeicher (ROM) 95b, einen Speicher mit direktem bzw. wahlfreiem Zugriff (RAM) 95c, usw. auf. Zum Beispiel kann der Rechner MCS-8 der Firma Intel für den Mikrorechner 95 Verwendung finden. In dem Festwertspeicher 95b ist ein vorgegebenes Programm abgespeichert. Der Speicher 95c mit direktem bzw. wahlfreiem Zugriff umfaßt einen Direktzugriffsspeicher 1 zur Abspeicherung des Mittelwertes der Signalwerte der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignale zum Zeitpunkt der Inversion des Ausgangssignals des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 10, einen Direktzugriffsspeicher 2 zur Abspeicherung von Korrekturdaten der Ansaugluftmenge,
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die den Ausgangsdaten des Luft-DurchfIußmengenmeßfühlers96 entsprechen, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 3 zur Abspeicherung des Wertes des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals, einen Direkt-Zugriffsspeicher 4 zur Abspeicherung von Daten, die den Werten der als Daten in dem Direktzugriffsspeicher 3 abgespeicherten Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignale zum Zeitpunkt der Inversion bzw. des Übergangs des Ausgangssignals des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 10 von dem brennstoffmageren Bereich zu dem brennstoffetten Bereich entsprechen, und einen Direktzugriffsspeicher 5 zur Abspeicherung von Daten, die den Werten der ebenfalls als Daten in dem Direktzugriffsspeicher 3 abgespeicherten Luft/ Brennstoffverhältnis-Korrektursignale zum Zeitpunkt der Inversion bzw. des Übergangs des Ausgangssignals des Luft/ Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 10 von dem brennstoffetten Bereich zu dem brennstoffmageren Bereich entsprechen.
Der Mikrorechner 9 5 führt seine Operationen entsprechend dem in dem Festwertspeicher 95b abgespeicherten Programm durch. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der Mikrorechner 9 5 derart zusammengestellt und geschaltet, daß der Operationsablauf entsprechend einem Unterbrechungsverarbeitungsprogramm bzw. Eingriffsprogramm durchgeführt wird. Die Arbeitsvorgänge bzw. der Programmablauf werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme gemäß den Fig. 11a und 11b beschrieben.
Wenn der zweite Unterbrechungsimpuls von dem Triggerimpulsgenerator 93 zugeführt wird, erzeugt der Mikrorechner 95 ein Unterbrechungssignal und führt die zweite Unterbrechungsverarheitungsoperation gemäß dem in Fig. 11a dargestellten Programm durch. Im einzelnen fragt der Mikrorechner 95 zunächst von dem Analog-Digital-Umsetzer 97 die die Ansaugluftmenge Q der Brennkraftmaschine betreffenden Ausgangsdaten des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 96 und
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sodann von dem Binärzähler 93 den Kehrwert 1/N der Maschinendrehzahl N pro Minute ab» Sodann werden die die Ansaugluftmenge Q1 der vorhergehenden Operation betreffenden Ausgangsdaten des Luft-Durchflußmengenmeßfünlers ausgelesen und eine Subtraktion zwischen den Daten der Änsaug-= luftmenge Q und den vorhergehenden Daten der Aiiaaugluft~ menge Q1 durchgeführt. Wenn die sich als Ergebnis dxeser Subtraktion ergebende Änderung M Q der Ansaugluftmenge einen ersten vorgegebenen Wert überschreitet, weil sich die Brennkraftmaschine nicht im normalen Dauerbetriebszustand befindet, wird eine Interpolation der Ansaugluftmenge Q auf der Basis der Daten des Direktzugriffsspeichers 2 durchgeführt. Liegt die Änderung Δ Q der Ansaugluftmenge unterhalb des ersten vorgegebenen Wertes, wird der in dem Direktzugriffsspeicher 1 abgespeicherte Mittelwert der sich zum Zeitpunkt der Inversion der Ausgangssignale des LuftZ Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 10 ergebenden Werte der LuftZBrennstoffverhältnis-Korrektursignale mit einem zweiten vorgegebenen Wert verglichen. Wenn der Mittelwert größer als der zweite vorgegebene Viert ist, wird die Relation zwischen den Ausgangsdaten des Luft-Durchflußmengenmeßfühlers 96 und den in dem Direktzugriffsspeicher 2 abgespeicherten Ansaugluftmengendaten, d. h. den Korrekturdaten, korrigiert, so daß das LuftZBrennstoff-Grundverhältnis gleich dem stöchiometrischen LuftZBrennstoff-Verhältnis wird. Sodann wird eine Interpolation der Ansaugluftmenge Q auf der Basis der in dem Direktzugriffsspeicher 2 abgespeicherten korrigierten Daten durchgeführt. Wenn der Mittelwert der Werte der LuftZBrennstoffverhältnis-Korrektursignale kleiner als der zweite vorgegebene Wert ist, wird festgestellt, daß das LuftZBrennstoff-Grundverhältnis im wesentlichen gleich dem stöchiometrischen LuftZBrennstoff-Verhältnis ist und es erfolgt eine Interpolation der Ansaugluftmenge Q ohne jede Korrektur der in dem Direk' Zugriffsspeicher 2 abgespeicherten Daten. Sodann '-** . eine
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Berechnung von t* = Q/N entsprechend der Einspritzgrundmenge durchgeführt. Sodann erfolgt auf der Basis des von den Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühler 10 abgegebenen Signals und wiederum auf der Basis des von dem Vergleicher 43 abgegebenen Signals ein Unterscheidungsvorgang zur Feststellung, ob das äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis im brennstoffetten Bereich oder im brennstoffmageren Bereich liegt. Wenn das äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis im brennstoffmageren Bereich liegt, wird die Berechnung von T = t. + ty durchgeführt, während bei einem im brennstoffetten Bereich liegenden äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnis die Berechnung von T = t. - t- erfolgt. Hierbei bezeichnet t„ den Wert des in dem Direktzugriffsspeicher abgespeicherten Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals, welcher Wert, wie nachstehend noch näher beschrieben wird, bei jeder Inversion des von dem Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühler 96 abgegebenen Signals auf den Wert Null gelöscht wird,, In diesem zweiten Unterbrechungsverarbeitungsprogramm wird ein bestimmter Wert öC zu t~ nach der Berechnung von T hinzuaddiert und sodann wieder in dem Direktzugriffsspeicher 3 abgespeichert. Diese Addition des Wertes OC entspricht dem Integrationsvorgang bei der vorstehend beschriebenen Luft/BrennstoffVerhältnis-Steuervorrichtung analoger Bauart. Sodann wird das Ergebnis der Berechnung von T in die Zwischenspeicherschaltung 99 eingespeichert.
Wenn der erste Unterbrechungsimpuls von der ODER-Verknüpfungsschaltung 67 abgegeben wird, erzeugt der Mikrorechner 95 ein Unterbrechungssignal und führt den ersten Unterbrechungsprozeß gemäß dem in Fig. 11b dargestellten Programm durch. Im einzelnen wird der Wert des in dem Direktzugriffsspeicher abgespeicherten Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals ausgelesen und in dem Direktzugriffsspeicher 4 sowie dem Direktzugriffsspeicher 5 abgespeichert. Da dieses erste Unterbrechungssignal bei jeder
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Inversion des Ausgangssignals des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers 96 erzeugt wird, bezeichnet der obige Wert des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals einen Wert zum Zeitpunkt der Inversion des Ausgangssignals des Luft/ BrennstoffVerhältnis-Meßfühlers 96. Der Wert t2 von t2 zum Zeitpunkt des Überganges des äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnisses von dem brennstoffmageren Bereich auf den brennstoffetten Bereich wird in dem Direkzugriffsspeicher 4 abgespeichert, während der Wert t2b von t- zum Zeitpunkt des Überganges des äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnisses von dem brennstoffetten Bereich auf den brennstoffmageren Bereich in dem Direktzugriffsspeicher 5 abgespeichert wird.
Sodann erfolgt die Berechnung des Ausdrucks (t„ + t2b)/2. Das Ergebnis dieser Berechnung wird in dem Direktzugriffsspeicher 1 abgespeichert. Danach wird der in dem Direktzugriffsspeicher 3 abgespeicherte Wert t2 gelöscht.
Die der Zwischenspeicherschaltung 9 9 zugeführten und die Brennstoff-Einspritzmenge betreffenden Daten von T = t1 + t„ werden ohne Verzögerung dem Abwärtzähler 100 zugeführt und in ein Zeitmaß umgesetzt. Das heißt, wenn ein Impuls dem Abwärtszähler 100 von dem magnetischen Signalgeber bzw. Signalaufnahmewandler 101 bei einer vorgegebenen Winkelstellung der Kurbelwelle zugeführt wird, beginnt der Abwärtszähler 100 die Anzahl der von dem Taktimpulsgenerator 90 zugeführten Taktimpulse zu zählen und erzeugt gleichzeitig Signale hohen Wertes an seinem Ausgangsanschluß, so daß der Transistor 49 leitet und die Erregerspule 8a zur Brennstoffzufuhr für die Brennkraftmaschine erregt wird. Wenn der Zählwert des Abwärtszählers 100 einen mit den Eingangsdaten übereinstimmenden Wert erreicht, wird der Transistor 49 gesperrt und die Brennstoffzufuhr unterbrochen bzw. beendet.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, v/ird bei dieser zweiten Ausführungsform wie auch bei der ersten Ausführungsform das äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis ständig derart gesteuert, daß es im wesentlichen gleich den stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis ist, so daß ein Auftreten des Sprungverhaltens des äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Ubergangsbetriebszustand der Brennkraftmaschine unabhängig von den charakteristischen Eigenschaften des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers und der Brennkraftmaschine verhindert werden kann. Die Abgasreinigungswirkung läßt sich daher beträchtlich verbessern. Darüber hinaus läßt sich sogar bei einer Fehlfunktion oder einem Ausfall des Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühlers eine Verringerung der Abgasreinigungswirkung und eine Verschlechterung der Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine verhindern, da das Luft/Brennstoff-Grundverhältnis vorher korrigiert worden ist.
Bei den vorstehend beschriebenen Auführungsformen finden Signale für die Ansaugluftmenge und die Drehzahl der Brennkraftmaschine als den Betriebszustand der Brennkraftmaschine bezeichnende Signale Verwendung. Statt dessen können jedoch auch bei einigen Ausführungsformen der Erfindung Signale für den Unterdruck in der Ansaugleitung und die Drehzahl verwendet werden.
Es sei hervorgehoben, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern daß im Rahmen der Erfindung weitere Abwandlungen und Ausgestaltungen der beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele möglich sind.
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Claims (19)

  1. Patentansprüche
    J. Verfahren zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses bei einer Brennkraftmaschine durch Steuerung der der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffmenge in Abhängigkeit von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine bezeichnenden Maschinenzustandssignalen und einem Luft/ Brennstoffverhältnis-Korrektursignal, das von einem äqivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnis bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittelwertsignal mit einem dem Mittelwert eines Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals entsprechenden Wert erzeugt wird und daß der Wert von zumindest einem der Maschinenzustandssignale in Abhängigkeit von diesem Mittelwert derart korrigiert wird, daß der Wert des Mittelwertsignals annähernd gleich einem vorgegebenen Wert wird, der dem Wert des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals zu demjenigen Zeitpunkt entspricht, bei dem ein gewünschtes äquivalentes Luft/Brennstoff-Verhältnis erhalten wird.
  2. 2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals ein Mittelwert des Maximalwertes und des
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    ORIGINAL INSPECTED
    Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070
    Dresdner Bank (München) Klo. 3939 844
    Postscheck !München) Kto 670-43-804
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    Minimalwertes des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals ist.
  3. 3. Steuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine einen Luft/ Brennstoffverhältnis-Meßfühler (10) zur wahlweisen Erzeugung von zwei verschiedenen elektrischen Spannungswerten in Abhängigkeit von dem Konzentrationswert eines vorbestimmten Gasbestandteils in den Abgasen aufweist, wobei der Mittelv/ert den Mittelwert der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignale zu dem Zeitpunkt, bei dem einer der von dem Luft/Brennstoffverhältnis-Meßfühler erzeugten beiden Spannungswerte auf den anderen der beiden Spannungswerte übergeht, darstellt.
  4. 4. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenzustandssignale ein Signal, dessen Wert die in die Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge bezeichnet, und ein Signal, dessen Wert die Drehzahl der Brennkraftmaschine bezeichnet, umfassen.
  5. 5. Steuerverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Korrektur des Wertes von zumindest einem der Maschinenzustandssignale die Korrektur des die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine bezeichnenden Signalwertes umfaßt.
  6. 6. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenzustandssignale ein Signal,
    dessen Wert den absoluten Druckwert in einer Ansaugleitung der Brennkraftmaschine bezeichnet, und ein Signal, dessen Wert die Drehzahl der Brennkraftmaschine bezeichnet, umfassen.
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  7. 7. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Signal der Maschinenzustandssignale ein elektrisches Signal ist und daß die Korrektur des Viertes dieses zumindest einen Signals der Maschinenzustandssignale die Korrektur des Spannungswertes von zumindest einem Signal der Maschinenzustandssignale mittels einer mechanischen Spannungskorrektureinrichtung umfaßt.
  8. 8. Steuerverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Spannungskorrektureinrichtung zumindest einen Rheostaten (27) und zumindest einen Schrittmotor (28) zur Verstellung des Rheostaten in Abhängigkeit von dem erzeugten elektrischen Signal aufweist.
  9. 9. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur des Viertes von zumindest einem der Maschinenzustandssignale die Korrektur des Viertes von zumindest einem der Maschinenzustandssignale mittels eines Digitalrechners umfaßt, der derart programmiert ist, daß der Wert von im Rechner abgespeicherten Daten entsprechend dem Mittelwertsignal korrigiert wird.
  10. 10. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur des Wertes von zumindest einem der Maschinenzustandssignale ausgeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine im Normalbetriebszustand betrieben wird.
  11. 11. Vorrichtung zur Steuerung eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses bei einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (43 bis 48) zur Erzeugung eines elektrischen Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals in Abhängigkeit von einem äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhdltnis, durch eine Einrichtung (6, 10, 12; 101, 102) zur Erzeugung elektrischer Maschinenzustandssignale, die
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    einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bezeichnen, durch eine Einrichtung (49, 8a) zur Steuerung der der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffmenge in Abhängigkeit von den Maschinenzustandssignalen und dem Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignal, durch eine Einrichtung (50 bis 71) zur Erzeugung eines elektrischen Mittelwertsignals mit einem dem Mittelwert des Luft/ BrennstoffVerhältnis-Korrektursignals entsprechenden Betrag und durch eine Einrichtung (69) zur Korrektur des Wertes von zumindest einem der Maschinenzustandssignale in Abhängigkeit von dem Mittelwertsignal, derart, daß der Wert des Mittelwertsignals annähernd gleich einem vorgegebenen Wert wird, der dem Wert des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals zu dem Zeitpunkt, bei dem ein gewünschtes äquivalentes Luft/Brennstoff-Verhältnis erhalten wird, entspricht.
  12. 12. Steuervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine einen Luft/ Brennstoffverhältnis-Meßfühler (10) zur wahlweisen Erzeugung von zwei unterschiedlichen Spannungswerten in Abhängigkeit von dem Konzentrationswert eines vorbestimmten Gasbestandteils in den Abgasen aufweist.
  13. 13. Steuervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Mittelwertsignals eine Einrichtung (60 bis 62) aufweist, die ein elektrisches Signal mit einem Signalwert erzeugt, der dem Mittelwert der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignale zu dem Zeitpunkt entspricht, bei dem einer der beiden Spannungswerte des von dem Luft/Brennstoffver- · hältnis-Meßfühler erzeugten Signals auf den jeweils anderen der beiden Spannungswerte übergeht.
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  14. 14. Steuervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Maschinenzustandssignale Einrichtungen (6, 12 bzw. 101, 102) zur Erzeugung eines elektrischen Signals mit einem die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine bezeichnenden Wert und eines elektrischen Signals mit einem die Drehzahl der Brennkraftmaschine bezeichnenden Wert aufweist.
  15. 15. Steuervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Korrektur des Wertes von zumindest einem der Maschinenzustandssignale eine Einrichtung (80 bis 82) zur Korrektur des Wertes des Ansaugluftmengensignals aufweist.
  16. 16. Steuervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Korrektur des Wertes von zumindest einem der Maschinenzustandssignale eine Einrichtung (80) zum Vergleich des Betrages des Mittelwertsignals mit einem vorgegebenen Wert und eine Einrichtung (81, 82), die unter Verwendung einer mechanischen Spannungskorrektureinrichtung (24 bis 28) den Spannungswert von zumindest einem der Maschinenzustandssignale entsprechend dem Vergleichsergebnis korrigiert, aufweist.
  17. 17. Steuervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Spannungskorrektureinrichtung zumindest einen Rheostaten (27) und zumindest einen Schrittmotor (28) zur Verstellung des Rheostaten entsprechend dem Vergleichsergebnis aufweist.
  18. 18. Steuervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Korrektur des Wertes von zumindest einem der Maschinenzustandssignale aus einem Digitalrechner (95) besteht, der zur Korrektur des Wertes
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    von zumindest einem der Maschinenzustandssignale entsprechenden abgespeicherten Daten entsprechend dem Mittelwertsignal derart programmiert ist, daß der Wert des Mittelwertsignals annähernd gleich einem vorgegebenen Wert wird, der dem Viert des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektursignals zu dem Zeitpunkt, zu dem ein gewünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine erhalten wird, entspricht,
  19. 19. Steuervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (70, 71) zur Verhinderung der Korrektur des Maschinenzustandssignals im Falle des Normalbetriebszustandes der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
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