DE2822229A1

DE2822229A1 - Hybrid-steuersystem fuer elektronische brennstoffeinspritzsysteme

Info

Publication number: DE2822229A1
Application number: DE19782822229
Authority: DE
Inventors: John Camp; Alvin D Toelle; Gene Y Wen
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1978-05-22
Publication date: 1978-12-14
Also published as: ES470376A1; US4170201A; SE7806250L; GB1581106A; FR2393156B1; IT7823970A0; IT1094882B; FR2393156A1; CA1118075A; JPS541724A

Description

22. Hai

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48075, USA

Bybrid-Steuersystem für elektronische Brennstoffeinsprit z sy sterne .

Beschreibung

Die Erfindung "betrifft elektronische Brennstoffeinspritzsysteme und speziell ein Eybrid-Steuersystem mit zwei Betriebsarten zur Steuerung von elektronischen Brennstoffeinspritzsystemen, um dadurch einen optimalen Kompromiss zwischen Abgasen der Maschine, wirtschaftlicher Ausnutzung des Brennstoffes und Fahreigenschaften zu erzielen.

Die ständig zunehmende Zahl an Automobilen auf unseren Strassen und Autobahnen, speziell in Stadtgebieten, hat an Bedeutung aufgrund der Umweltverschmutzung gewonnen, die zum Teil durch die Abgase der Kraftfahrzeuge verursacht wird. Dies hat zu erhöhten Anstrengungen geführt, Wege zu finden, um die unerwünschten Abgase, wie beispielsweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxide zu reduzieren. Aufgrund dieser Bedeutung werden von der Regierung fortlaufend strengere Anforderungen für verbesserte Steuereinrichtungen für die Luft/Brennstoffverhältnisse von Kraftfahrzeug^maschinen vorgegeben, in dem Versuch, die unerwünschten Abgase zu reduzieren oder zu beseitigen.

Das Luft/Brennstoffverhältnis einer Brennkraftmaschine, d.h. die

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von der Maschine in Relation zur Brennstoffmenge angesaugte Luft, sollte in idealer Weise auf Werten gehalten werden, die für alle Phasen des Betriebes der Maschine den Ausstoß von unverbranntem Brennstoff verhindern oder "beseitigen und auch verhindern, daß weitere Nebenprodukte der Verbrennung bestimmte vorgegebene Werte überschreiten. Wenn das Luft/Brennstoffverhältnis größer ist als dieser Wert, der eine Brennstoffmenge darstellt, die während der Verbrennung im wesentlichen vollständig verbraucht wird, so wird ein Überschuß an Brennstoff zusammen mit unerwünschten Produkten einer unvollständigen Verbrennung in die Atmosphäre ausgestoßen und zwar über das Abgassystem der Maschine in Form von Giftstoffen.

Eines der wirtschaftlichsten Mittel zur Reduzierung der Abgase besteht aus dem gut bekannten Dreiwege-Katalysator, der im grossen Umfang Abgase reduziert. Der Dreiwege-Katalysator hat den besten Umwandlungseffekt oder Wirkungsgrad für Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxide, wenn die Maschine auf dem stöchimetrischen Luft/Brennstoff verhältnis arbeitet.

Ein neueres Problem, was zumindest von der Anmelderin als ebenso wichtig bezeichnet wird, betrifft die alarmierende Brennstoffknappheit in der Welt und den Bedarf, Brennstoff zu sparen und mit einem optimalen Brennstoffwirkungsgrad zu arbeiten. Es wurde jedoch festgestellt, daß für die beste BrennstoffWirtschaftlichkeit das Luft/ Brennstoffverhältnis mager gestaltet werden muß und zwar in dem allgemeinen Bereich von 16 bis 1 bis 18 bis 1. Eine gute Fahreigenschaft erfordert weiterhin, daß das Luft/Brennstoffverhältnis während des Beschleunigungsbetfciebes auf einen relativ fetten Wert eingestellt werden muß. Man ist also mit dem Dilemma konfrontiert zu wählen zwischen einer maximalen Reduzierung der Abgase der Maschine, einer maximalen Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Brennstoffes und einer opti-

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malen oder zumindest annehmbaren Fahreigenschaft des betreffenden Fahrzeugs.

Die meisten bekannten Techniken zur Steuerung des Luft/Brennstoff Verhältnisses waren lediglich auf eines dieser Probleme ausgerichtet. Es wurden verschiedene komplexe mechanische und elektrische Einrichtungen entworfen, um die Abgabe von Abgasen der Maschine wesentlich zu reduzieren. Weitere komplexe mechanische und elektrische Systeme wurden in einem Versuch entworfen, die Wirtschaftlichkeit des Brennstoffs zu verbessern. Die meisten dieser Systeme sind extrem komplex, teuer, neigen zu mechanischen Fehlern oder Ausfall und sind nicht auf die verschiedenen kritischen Probleme ausgerichtet, die heutzutage ins Auge gefaßt werden müssen.

Diejenigen bekannten Systeme, die sich mit einem gewissen Aspekt diesen Problemen widmen, verwenden extrem teuere und komplexe komputer-gestaierte Systeme und ähnliche Einrichtungen in dem Versuch, diese vielfältigen Probleme zu lösen. Derartige Lösungen sind jedoch wirtschaftlich nicht vertretbar. Es wurde daher kein System bekannt, welches wirtschaftlich vertretbar ist, relativ einfach aufgebaut ist, billig ist, um dadurch einen optimalen Kompromiss zwischen den Abgasen der Maschine, der wirtschaftlichen Ausnutzung des Brennstoffes und den Fahmgenschaften zu erreichen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile und Schwierigkeiten zu beseitigen und eine relativ billige, mechanisch einfache, Ausfall- und fehlersichere Steuerschaltung mit zwei Betriebsarten zu schaffen, um ein elektronisches Brennstoffeinspritzsystem derart zu betätigen, daß ein optimaler Kompromiss zwischen den Abgasen der Maschine, der wirtschaftlichen Ausnutzung des Brennstoffs und

den Fahreigenschaften erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung e in Bybrid-Steuersystem mit zwei Betriebsarten (dual mode), um die Betriebsweise eines elektronischen Brennstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine zu steuern, die auf unterschiedlichen Drehzahlen betrieben wird. Das Steuersystem eithält eine EimLchtung zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals für die Steuerung der Betriebsweise des elektronischen Brennstoffeinspritzsystems. Eine Vergleichseinrichtung entsprechend einer geschlossenen Schleife ist an die Generatoreinrichtung zur Erzeugung des Steuersignals gekoppelt, um dadurch einen Regelbetrieb entsprechend einer geschlossenen Regelschleife vorzusehen, durch den die Signalgeneratoreinrichtung die Möglichkeit erhält, das elektronische Brennstoffeinspritzsystem auf dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis normalerweise zu betreiben, wenn die Maschine innerhalb eines vorbestimmten Geschwindigkeitsbereiches arbeitet, um dadurch eine optimale Reduzierung der Abgase der Machine zu realisieren. Darüber hinaus ist an die Steuersignalgeneratoreinrichtung eine Vergleichseinrichtung entsprechend einer offenen Schleife angekoppelt und spricht an, wenn die Drehzahl der Maschine aus dem vorbestim-mten Drehzahlbereich herausgelangt, um dann in einen Steuerbetrieb entsprechend einer offenen Schleife umzuschalten, wobei die Ausgangsgröße der Signalgeneratoreinrichtung auf einen vorbestimmten Wert festgehalten wird, um das elektronische Brennstoffeinspritzsystem auf einem vorbestimmten mageren Luft/Brennstoffverhältnis im Sinne einer besseren Wirtschaftlichkeit des Brennstoffes zu betreiben.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält das Regelsystem entsprechend einer geschlossenen Regelschleife einen Sauerstoffühler zum Abtasten der in dem Abgassystem der Maschine ent-

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haltenen Sauerstoffringe und eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals, welches diese Menge angibt. Veiter ist eine Integfcierschaltung vorgesehen, die die ses Signal empfängt und das elektronische Brennstoffeinspritzsystem auf dem gewünschten optimalen stöcMometrischen Luft/Brennstoffverhältnis entsprechend einer Abgasreduzierung betreibt.

Die Integrierschaltung der geschlossenen Hegelschleife enthält einen normalerweise nicht leitenden Schalttransistor, der über die Integrierkapazität geschaltet ist. Sie zweite Vergleichseinrichtung kann eine einzelne Vergleichsstufe enthalten, von der ein Eingang an eine Quelle von Signalen gekoppelt ist, welche die Drehzahl der Maschine angeben und wobei ein weiterer Eingang an die Einrichtung zum Aufbauen einer vorbestimmten Drehzahlschwelle »geschlossen ist. Venn die Drehzahl der Maschine unterhalb der Schwellendrehzahl liegt, hält die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe den Schalttransistor in seinem normalen nicht leitenden Zustand, so daß die Integrierschaltung in einer Betriebsphase entsprechend einer geschlossenen Schleife arbeitet. Venn Jedoch die Drehzahl der Maschine den Schwellenwert überschreitet, so schaltet die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe den Transistor in einen leitenden Zustand, wodurch die Integrierschaltung in eine Betriebsphase entsprechend einer offenen Schleife umgBChaltet wird, bei welcher die Integrierausgangsgröße auf einen vorbestimmten Spannungswert festgehalten wird, um das elektronische Brennstoffeinspritzsystem auf einem vorbestimmten nicht-stöchiometrischen, relativ mageren Luft/Brennstoff verhältnis im Sinne,einer besseren Ausnutzung des Brennstoffes zu betreiben. Der zweite Eingang der Integrierschaltung kann an eine Auswähleinrichtung angeschlossen sein, um den vorbestimmten Spannungswert auszuwählen, auf welchen die Ausgangsgröße während der Betriebsphase entsprechend einer offenen Schleife festgehalten oder geklemmt wird.

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Bei einer alternativen Ausführungsform kann die zweite Vergleichsstufe ein Paar von Vergleichsstufen umfassen, um einen Geschwindigkeitsbereich vorzugeben. Solange die Drehzahl der Maschine innerhalb dieses Bereiches liegt, arbeitet die Integrierschaltung in der Betriebsphase entsprechend einer geschlossenen Schleife, wenn jedoctfdie Drehzahl der Maschine unter einen niedrigen Drehzahlschwellenwert abfällt oder einen hohen Drehzahlschwellenwert überschreitet, schaltet die Ausgangsgrösse der Vergleichsstufe den Transistor in einen leitenden Zustand, wodurch die Integrierschaltung ii eine Betriebsphase entsprechend einer offenen Schleife geschaltet wird, bei welcher die Ausgangsgröße der Integrierschaltung auf den vorbestimmten Spannungswert gehalten oder geklemmt wird.

Es kann auch eine Schaltungsanordnung vorgesehen werden, um die Beschleunigung der Maschine festzustellen. Wenn die Beschleunigung einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ein Signal erzeugt, um die Ausgangsgröße der zweiten Vergleichsstufe zu übersteuern, so daß dadurda der Schalttransistor in seinen normalen nicht leitenden Zustand geschaltet wird und die Ausgangsgröße der Integrierschaltung nicht mehr festgehalten wird bzw. die Betriebsart entsprechend einer geschlossenen Regelschleife wieder hergestellt wird, so daß das elektronische Brennstoffeinsprit zsystem auf dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis ungeachtet der Drehzahl der Maschine betrieben wird.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein extrem einfaches, relativ billiges und sehr zuverlässiges Steuersystem mit zwei Betriebsphasen geschaffen, um das elektronische Brennstoffein-, spritzsystem derart zu betreiben, daß ein optimaler Kompromiss zwischen den Abgasen der Maschine, der wirtschaftlichen Ausnutzung des Brennstoffes und den Pahreigenschaften des betreffenden Fahrzeugs erreicht wird, und wobei eine Einrichtung vorgesehen

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ist, durch die eines oder mehrere dieser Merkmale auf Kosten des anderen hergeschenkt wird, um den Anforderungen einer bestimmten Fahrsituation oder einer Änderung von staatlichen Normgrößen Rechnung zu tragen.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen. Es zeigen:

_Figur 1 ein Blockschaltbild des Eybrid-Steuersystems mit zwei Betriebsphasen nach der Erfindung;

Figur 2 eine Schaltungsanordnung einer Ausführungsform des Steuersystems mit zwei Betriebsphasen nach der Erfindung, bei welcher eine Einrichtung zur Bestimmung eines einzelnen Drehzahlschwellenwertes zur Anwendung gelangt; und

Figur 3 ein schematischer Stromlaufplan eines anderen Ausführungsbeispiels des Steuersystems mit zwei Betriebsarten nach der Erfindung, bei welchem ein gesteuerter oder geregelter Betrieb innerhalb und ausserhalb des Maschinendrehzahlbereiches erreicht wird.

Das Blocksiialtbild der Figur 1 veranschaulicht das Steuersystem mit zwei Betriebsphasen nach der Erfindung. Die Ausgangsgröße der Integrierschaltung des Blocks 11 wird dazu verwende*, ein herkömmliches elektronischesBrennstoffeinspritzsystem, welches durch den Block 12 wiedergeben ist, zu betätigen, um also die Brennstoffzufuhr und damit das Verhältnis von Brennstoff zu Luft, welches der durch den Block 13 wiedergegebenen Maschine angeboten wird, zu steuern oder zu regeln. Vom Abgassystem der Maschine her wird eine geschlossene Regelschleife aufgebaut und eine

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durch den Block 15 angedeutete Schaltung tastet die Sauerstoffmenge im Abgas ab, erzeugt ein dieser Menge angebendes elektrisches Signal und schickt dieses Signal zurück zur Vergleichsstufe der geschlossenen Regelschleife, die durch den Block 16 wiedergeben ist. Die geschlossene Regelschleife enthält den Sauerstoffühler des Blocks 15, die geschlossene Regelschleife des Blocks 16, die Integrierstufe 11 und das elektronische Brennstoffeinspritzsystem 12. Die geschlossene Regelschleife wird dazu verwendet, das elektronische Brennstoffeinspritzsystem des Blocks 12 auf dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis zu betreiben, bei welchem der optimale Umwandlungswirkungsgrad von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxiden erreicht wird, wie dies im folgenden noch erläutert werden soll·

Es ist ferner ein Steuersystem 18 entsprechend einer offenen Schleife vorgeeehen. Eine Schaltung 17 tastet die Drehzahl der Maschine durch irgendeine herkömmliche Einrichtung ab, wie beispielsweise durch einen Tachometer, der die Umdrehungen der Maschine mißt oder durch eine Einrichtung zur Überwachung der Luftströmung oder einer ähnlichen Einrichtung. Der Drehzahlfühler des Blocks 17 überträgt elektrische Signale, welche die Drehzahl der Maschine angeben, zurück zur Steuerschaltung des Blocks 18 entsprechend einer offenen Schleife und diese Schaltung spricht auf bestimmte Drehzahlbedingungen der Maschine an, um zu bewirken, daß die Integrierstufe entsprechend dem Block 11 aus der Betriebsart entsprechend einer geschlossenen Regelschleife in die Betriebsart entsprechend einer offenen Schleife überspringt, wobei das elektronische Brennstoff einspritzsystem des Blocks 12 durch einen vorbestimmten Spannungswert gesteuert wird, so daß dieses System auf einem vorbestimmten, nicht stöchiometrischen, relativ mageren Luft/Brennstoffverhältnis arbeitet, allgemein in dem Bereich von 16 - 18 - 1.

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Eine Halte-Übersteuerungsschaltung 19 ist ebenfalls vorgesehen und tastet die Beschleunigung der Maschine durch irgendeine herkömmliche Einrichtung ab, übersteuert den Steuerungsbetrieb der Schaltung 18, um die Integrierstufe 11 in der Betriebsphase entsprechend einer geschlossenen Schleife auf dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis zu betreiben und zwar unabhängig von der Drehzahl der Maschine. Da die Halte-Übersteuenngssehaltung des Blocks 19 auf Wunsch vorgesehen werden kann, ist eine strichliert gezeichnete Verbindung dargestellt, durch die die Halte-Übersteuerungsschaltung des Blocks 19 mit der Integrierschaltung des Blocks 11 verbunden wird.

Eine erste Ausführungsform des Hybrid-Steuersystems mit zwei Betriebsphasen nach der Erfindung soll nun unter Hinweis auf Figur 2 beschrieben werden. Die Integrierschaltung des Blocks 11 enthält einen operationsverstärker 21, dessen positiver Eingangsanschluß mit einem EingangsVerbindungspunkt 22 verbunden ist, dessen negativer Eingangs ans chluß mit einem Eingangsverbindungspunkt 23 verbunden ist, und dessen Integratorausgang mit einem Verbindungspunkt 24 verbunden ist. Der AusgangsVerbindungspunkt 24 ist über eine Leitung 25 mit dem elektronischen Brennstoffeinspritzsystem des Blocks 12 verbunden, um die Betriebsweise des Systems in der herkömmlichen Weise zu steuern. Der negative Eingangsverbindungspunkt 23 ist direkt mit einem Verbindungspunkt 26 und der Integratoraus gangs verbindungspunkt 24 ist direkt mit einem Verbindungspunkt 27 verbunden. Eine Integrierkapazität 28 ist zwischen die Verbindungspunkte 26 und 27 eingeschaltet. Die Reihenschaltung aus dem Widerstand 29 und einem ΙΈΡ-Transietor 30 ist über die Kapazität 28 zwischen die Verbindungspunkte 26 und 27 parallelgeschaltet, wobei eine der stromführenden Elektroden des FET-Transistora 30 mit dem Verbindungspunkt 26 verbunden ist, die andere stromführende Elektrode des FET-Transistors 30 mit einem Ende des Widerstandes 29 verbunden ist, während das

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gegenüberliegende Ende des Widerstandes 29 mit dem Verbindungspunkt 27 verbunden ist. Die Gate-Elektrode des FET-Transistors 30 ist direkt mit einem Schaltsteuerverbindungspunkt 31 verbunden und der 3fET-Transistor 30 wird normalerweise in einem nicht leitenden Zustand gehalten, so daß die Integrierstufe de s Blocks 11 in der Betriebsphase entsprechend einer geschlossenen Regelschleife arbeitet.

Der positive Eingangsverbindungspunkt 22 des Operationsverstärkers 21 ist mit einer Potentialquelle über den Widerstand 32 und gleichzeitig über einen veränderbaren Widerstand 33 mit Masse oder Erde verbunden. Der veränderbare Widerstand 33 kann so eingestellt werden, daß die festgeklemmte Spannung am Ausgang 24 der Integrier stufe auf einen vorbestimmten Spannungswerfr eingestellt wird, der ausreichend ist, um das elektronische Brennstoff einspritzsystem des Blocks 12 auf dem gwünschten vorbestimmten, nicht stöchiometrischen und relativ mageren Luft/ BrennstoffVerhältnis im Bereich von 16-18 bis 1 für eine optimale Wirtschaftlichkeit des Brennstoffs zu betreiben.

Die Steuer- oder Regelschaltung entsprechend einer geschlossenen Schleife des Blocks 16 enthält eine Vergleichsstufe 33, deren negativer Eingangsanschluß über einen Widerstand 34 mit dem Ausgang der Sauers toffiihl erschal tung des Blocks 15 verbunden ist, um elektrische Signale über die Leitung 25 zu empfangen, welche die Sauerstoffmenge angeben, die im Abgas der Maschine vorhanden ist. Der positive Ein^ngsanschluß der Vergleichsstufe 33' ist direkt mit einem Eingangs ve rbindungspunkt 36 verbunden. Der Verbindungspunkt 36 ist über einen Widerstand 37 mit einer Potentialquelle verbunden und gleichzeitig über einen veränderbaren Widerstand 38 mit Masse oder Erde verbunden. Der veränderbare Widerstand 38 kann dazu verwendet werden, den Schwellenwert der Vergleichsstufe 33' so einzustellen, daß das Signal,

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welches den Sauers to ff wert angibt und am negativen Eingangsanschluß anlangt, die Vergleichsstufe 33' veranlaßt, ein Ausgangssignal zu erzeugen, was davon abhängt, ob der Sauerstoffwert oberhalb oder unterhalb desjenigen Wertes liegt, der durch den Wert des Widerstandes 38 bestimmt wird. Der Ausgang der Yergleichsstufe 35 ist direkt mit einem Widerstaod 39 verbunden, der über eine Leitung 40 mit dem negativen Eingangsverbindungspunkt 23 des Operationsvesstärkers 21 der Integrierschaltung des Blocks 11 verbunden ist.

Im Betrieb wird das Signal, welches vom Sauerstoffühler des Blocks 15 abgegeben wird, über eine Leitung 35 zur Vergleichsstufe 33' übertragen, die dann ein Signal abgibt, welches die Ausgangsgröße der Integrierstufe nach oben und nach unten treibt und zwar entsprechend der Ausgangsgröße des Sauerstoffühlers. Die Betriebsphase entsprechend einer geschlossenen Regelschleife verändert konstant die Ausgangsgröße der Integrierstufe, um das schmale Band des Luft/Brennstoffverhältnisses aufrechtzuerhalten, welches erforderlich ist, um den Dreiwegekatalysator auf seinem optimalen Wirkungsgrad bei dem stöchiometrischen Luft/ Brennstoffverhältnis zu betreiben, wodurch eine Umwandlung der Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxiden mit optimalem Wirkungsgrad sichergestellt wird.

Das Steuersystem des Blocks 18 entsprechend einer offenen Regelschleife enthalt eine Vergleichsstufe 41, deren negativer Eingangsanschluß direkt mit einem Widerstand 42 verbunden ist. Der Widerstand 42 ist über eine Leitung 43 mit dem Ausgang 62 einer Drehzahlfühlerschaltung des Blocks 17 verbunden und empfängt elektrische Signale, welche die Drehzahl, der Maschine 13 angeben, wie dies bekannt ist. Der positive Eingangsanschluß der Vergleichs stufe 41 ist direkt mit einem Eingangsverbindungspunkt 44 verbunden. Der Verbindungspunkt 44 ist mit einer Potential-

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quelle über einen Widerstand 45 und gleichzeitig über einen veränderbaren Widerstand 46 mit Masse oder Erde verbunden. Der veränderbare Widerstand 46 kann selektiv geändert oder so getrimmt werden, daß eine Schwellenwertdrehzahlgrenze aufgebaut wird und die Vergleichsstufe 41 eine spannungsmäßig hoch liegende Ausgangsgröße erzeugt, wenn die Maschinendrehzahl diese Grenze überschreitet, welche durch Einstellen des Widerstandes 46 vorgegeben wird, und immer dann eine spannungsmäßig niedrige Ausgangsgröße erzeugt, wenn die Maschinendrehzahl unterhalb dieser Grenze liegt, die durch Einstellen des Widerstandes46 vorgegeben wird. Der Ausgang der Vergleichsstufe 41 ist direkt mit einem Widerstand 47 verb-unden, der mit der Anode einer Diode 48 verbunden ist, deren Kathode über die Leitung 49 mit einem Schalttransistor-Steuerverbindungspunkt 31 verbunden ist. Wenn im Betrieb die der Drehzahlfühlerschaltung 1? zugeführte Signalspannung, die aus irgendeinem die Umdrehungszahl oder die Luftströmung oder einen ähnlichen Parameter wiedergebenden Signal bestehen kann, welches die Maschinendrehzahl wiedergibt, dem negativen Anschluß der Vergleichsstufe 41 zugeführt wird, wird sie mit dem Drehzahlschwellenwe rt verglichen, der durch das Signal bestimmt ist, welches am positiven Eingangsanschluß vorhanden ist und durch die Einstellung des Widerstandes 46 festgelegt ist. Wenn die Maschinendrehzahl unterhalb des Schwellenwertes liegt, der beispielsweise bei 40 Meilen pro Stunde liegen kann, so ist die Ausgangsgröße der Vergleichs stufe 41 niedrig. Wenn das niedrige Spannungssignal über die Leitung 49 zum Transistorsteuerve rbindungspunkt 31 übertragen wird, wird der FET-Trans is tor 30 weiterhin in dem nicht leitenden Zustand gehalten, so daß die Integrierstufe des Blocks 11 die Möglichkeit erhält, in dem Betrieb entsprechend einer geschlossenen Regelschleife zu bleiben, so daß das elektronische Brennstoffeinsprxtzsystem des Blocks 12 auf dem optimalen stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis entsprechend einer Abgasreduzierung arbeitet.

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Venn jedoch die Maschinendrehzahl den Schwellenwert, der durch den Widerstand 56 vorgegeben wird, überschreitet, so steigt die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 41 auf einen hohen Wert an. Wenn dieses hohe Spannungssignal über die Leitung 49 zum Transistor-Steuerverbindungspunkt 31 gelangt, wird der Schalttransistor 30 in einen leitenden Zustand geschaltet und die Integrierstufe entsprechend dem Block 11 wM aus der Betriebsphase entsprechend einer geschlossenen Regelschleife in die Betriebsphase entsprechend einer offenen Schleife geschaltet und die Ausgangsgröße 24 der Integrierstufe 11 wird auf den vorbestimmten Spannungswert festgehalten uder geklemmt, der durch den Widerstand 33 vorgegeben wird. Daher betätigt der vorbestimmte Spannungswert, der von der Integrierstufe über die Leitung 25 an das elektronische Brennstoffeinspritzsystem des Blocks 12 abgegeben wird, das elektronische Brennstoffeinspritzsystem 12 im Sinne des gewünschten vorbestimmten, nicht stöchiometrischen und relativ mageren Luft/Brennstoffverhältnisses in dem gewünschten Bereich einer optimalen Ausnutzung des Brennstoffes.

Die Halte-Übersteuerungsschaltung entsprechend dem Block19 ist optimale ausgelegt und kann dazu verwendet werden, die Fahreigenschaften zu verbessern. Obwohl irgendein Schaltungstyp verwendet werden kann, der eine Beschleunigung der Maschine feststellt, wie beispielsweise die Luftströmung abtastet, den Druck im Ansaugrohr abtastet oder einen ähnlichen Parameter erfaßt, wird bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel eine Differenzierschaltung verwendet, um die Drehzahlsteuersignale zu erfassen. Eine elektrische Differenzierschaltung 50 enthält einen Operationsverstärker 51» bei dem ein Eingangsanschluß direkt mit Masee oder Erde über eine Leitung 52 verbunden ist, und wobei ein zweiter Eingangsanschluß direkt mit einem Eingangsverbindungspnnkt 53 und ein Ausgangs anschluß direkt mit einem Ausgangsverbindungspunkt 54 verbunden ist. Der Eingangsverbindungs-

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punkt 53 ist direkt mit einem Verbindungspunkt 55 verbunden, während der Ausgangsverbiiidungspunkt 54 direkt mit einem Verbindungspunkt 56 in Verbindung stent. Ein Widerstand 57 ist direkt zwischen die Verbindungspunkte 55 und 56 eingeschaltet und eine Kapazität 58 ist parallel zum Widerstand 57 zwischen die Verbindungspunkte 55 und 56 geschaltet, wie dies bekannt ist. Der Eingangsyerbindungspunkt 53 ist über einen Differenzierwiderstand 59 mit einem Anschluß einer Differenzierkapazität 60 verbunden, deren gegenüberliegender Anschluß über eine Leitung 61 mit dem Ausgang der Schaltung entsprechend dem Block 17 verbunden ist, die über den Eingangsanschluß 62 elektrische Signale vorsieht, welche die Maschinendrehzahl angeben.

Der Ausgangsverbindungspunkt 5^ ist über einen Widerstand 63 mit dem positiven Eingangsanschluß einer Vergleichsstufe 64 verbunden. Der negative Eingangsanschluß der Vergleichs stufe 64 ist direkt mit einem Eingangsverbindungspunkt 65 verbunden. Der Eingangsverbindungspunkt 65 ist über einen Widerstand 66 mit einer Potentialquelle verbunden und gleichzeitig über einen veränderbaren Widerstand 67 mit Masse oder Erde verbunden. Der veränderbare Widerstand 67 kann so eingestellt werden, daß ein Schwellenwert-Beschleunigungswert am Eingang der Vergleichsstufe 64 aufgebaut wird, so daß die Vergleichsstufe 64 ein spannungsmäßig niedrig liegendes Signal immer dann abgibt, wenn die Beschleunigung der Maschine unterhalb des vorgegebenen Beschleunigungsschwellenwertes liegt und ein Signal entsprechend einer hohen Spannung abgibt, wenn die Beschleunigung der Maschine oberhalb des Schwellenwertes liegt. Der Ausgang der Vergleichsstufe 64 ist über einen Widerstand 68 mit dem Verbindungspunkt einer Diode 69 verbunden, deren Kathode direkt mit der Gate-Elektrode eines ΪΈΤ-Sehalttransistors 70 verbunden ist, wobei eine stromführende Elektrode dieses Transistors direkt mit Masee oder Erde verbunden ist und wobei die andere stromführende

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Elektrode über eine Leitung 71 mit dem Steuerverbindungspunkt des Schalttransistors verbunden ist.

Im folgenden soll die Halte-Übersteuerungsschaltung entsprechend dem Block 19 im Betrieb erläutert werden. Die die Maschinendrehzahl angebenden elektrischen Signale werden am Eingangsverbindungspunkt 62 von der Drehzahlfühlerschaltung entsprechend dem Block 17 empfangen und gelangen über die Leitung 61 zur Differenzierstufe 50. Die Drehzahlsignale werden differenziert und die Ausgangsgröße wird über den Widerstand 63 dem ersten Eingangsanschluß der Vergleichsstufe 64 zugeführt. Das differenzierte Drehzahlsignal gibt die Inderungsfolge oder Geschwindigkeit der Maschinendrehzahl oder die Beschleunigung der Maschine an. Wenn die Beschleunigung kleiner ist als der Schwellenwert, der durch die Einstellung des veränderbaren Widerstandes 67 vorgegeben wird, so liegt die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 64 spannungsmäßig niedrig und der EET-Transistor 70 bleibt im nicht leitenden Zustand.

Wenn jedoch die Beschleunigung der Maschine den Schwellenwert überschreitet, wie dieser durch den Widerstand 67 festgelegt ist, so steigt die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 64 auf einen spannungsmäßig hohen Wert und dieser hohe Spannungswert wird* über den Widerstand 68 und die Diode 69 dem Gate-Anschluß des FET-Transistors 70 zugeführt, woraufhin dieser in den leitenden Zustand gebracht wird und damit ein Strompfad zwischen Masse bzw. Erde und dem Schaltsteuerverbindungspunkt 31 über die Leitung 71 vervollständigt wird. Wenn ein spannungsmäßig niedriges Signal von Ausgang der Vergleichs stufe 41 über die Leitung 49 geliefert wird, erfolgt nichts weiter und der Schalttransistor 30 bleibt im nicht leitenden Zustand, wobei sichergestellt wird, daß die Integrierschaltung entsprechend dem Block 11 in der Betriebsart entsprechend einer geschlossenen Begelschleife weiter-

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arbeitet. Wenn jedoch, ein holier Spanmingswert am Ausgang der Vergleichsstufe 41 auftritt, wobei angezeigt wird, daß die Maschinendrehzahl oberhalb des vorbestimmten Schwellenwertes liegt, der durch Einstellung des Widerstandes 46 festgelegt wird, dann wird über die Leitung 49 ein spannungsmäßig hohes Signal nach Masse geleitet, und zwar über den Verbindungspunkt 31» die Leitung 71 und den leitenden FET-Transistor 70, so daß der Schalttransistor 30 in seinen normalerweise nicht leitenden Zustand zurückgebracht wird und die Ausgangsgröße bzw. der Ausgang 24 der Integrierschaltung 11 freigegeben wird bzw. nicht mehr festgehalten wird und die Betriebsweise entsprechend einer geschlossenen Regelschleife wieder aufgenommen wird, ungeachtet der Maschinendrehzahl, so daß dadurch eine gute Fahreigenschaft während der Beschleunigung der Maschine sichergestellt wird.

Die Betriebsweise und die Vorteile des Eybrid-Steuersystems mit zwei Betriebsarten nach der Erfindung sollen nun im folgenden kurz wiedergegeben werden. Ein durch die Steuerschaltung mit zwei Betriebsarten verfolgtes Ziel besteht darin, eine Anordnung zu schaffen, um das elektronische Brennstoffeinspritzsystem entweder auf dem optimalen stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis entsprechend einer Reduktion der Abgase zu betmben, was einem Betrieb entsprechend einer geschlossenen Regelschleife entspricht, oder auf einem relativ mageren Luft/Brennstoff verhältnis im Bereich von 16 - 18bis 1 zu betreiben, was einem Betrieb eltsprechend einer offenen Schleife oder Regelschleife entspricht, was von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Betriebsart der Maschine abhängig ist. Durch Auswählen des richtigen Geschwindigkeitsbereiches und einer Beschleunigungsfolge, um die Maschine entsprechend der geschlossenen Regelschleife zu betreiben, ergibt sich der beste Kompromiss zwischen den Abgasen der Maschine, einer wirtschaftlichen Ausnutzung des Brennstoffes und den Fahreigenschaften.

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Der zur Zeit verwendete Dreiwege-Katalysator bei Brennkraftmaschinen bietet den besten Umwandlungswirkungsgrad für Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxid, wenn der Betrieb auf dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis erfolgt. Es ist daher eine Regelung entsprechend einer geschlossenen Regelschleife unter Feststellung des Sauerstoffgehaltes erforderlich, um das schmale Band der Luft/Brennstoffverhältnisänderung beizubehalten und um den Dreiwege-Katalysator auf dem Spitzenwirkungsgrad zu betreiben. Wenn das Luft/Brennstoffverhältnis mager wird und zwar in den Bereich von 16 bis 18 fällt, besitzt der Dreiwege-Katalysator dennoch eine gute Umwandlung von Kohlenwassenioffen und Kohlenstoffmonoxid, wobei jedoch die Umwandlung von Stickstoffoxiden vermindert ist. Zum Erreichen einer optimalen Wirtschaftlichkeit bzw. Ausnutzung des Brennstoffes muß jedoch das Luft/Brennstoffverhältnis in den relativ mageren Bereich von 16 - 18 bis 1 eingestellt werden. Mir eine gute Fahreigenschaft muß das Luft/Brennstoffverhältnis während des Beschleunigungsbetriebs auf einen relativ fetten Vert eingestellt werden. Daher ergibt sich der beste Kompromiss zwischen Abgasen, wirtschaftlicher Ausnutzung des Brennstoffs und Fahreigenschaften im Sinne der vorliegenden Erfindung auf die folgende Weise:

Wenn die Brennkraftmaschine in einem Stadtgebiet betrieben wird ist die Drehzahl der Maschine relativ niedrig und es ist dabei wichtig, daß die Stickstoffoxide bzw. Abgabe von StickstoSbxiden stark reduziert wird und zwar aufgrund der hohen Dichte an Fahrzeugen. Die Verglexchsechaltung erbspschend dem Block 18 ist so ausgelegt, daß sie niedrige Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten entsprechend einer Stadtfahrt feststellt, wobei diese Geschwindigkeiten beispielsweise unter 30 bis 40 Keilen pro Stunde liegen, was durch Einstellendes veränderbaren Widerstandes 46 erreicht wird, so daß das elektronische Brennstoffeinspritzsystem durch die Sauerstoffühlsehaltung entsprechend dem Block 15, die

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Vergleichsschaltung entsprechend dem Block 16 und die Integfcierschaltung entsprechend dem Block 11 in der Betriebsart entsprechend einer geschlossenen Regelschleife betrieben wird. Wenn die Vergleichsschaltung 41 entsprechend dem Block 18 eine hohe Drehzahl bei einer Stadtfahrt feststellt, wobei zum Vergleich anzuführen ist, daß die gewöhnliche Maschinendrehzahl bzw. Geschwin-

40 digkeit des Fahrzeugs den Wert von JO oder/Meilen pro Stunde überschreitet, wie dieser durch den Widerstand 46 ausgewählt wurde, so erlangt die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 41 einen spannungsmäßig hohen Wert und der Transistor 30 wird eingeschaltet, um dadurch eine Betriebsweise entsprechend einer geschlossenen Regelschleife einzuleiten und weiter wird die Ausgangsgröße der Integrierschaltung des Bbcks 11 festgehalten oder festgeklemmt, so daß ein vorbestimmter Wert der Steuerspannung der elektronischen Brennstoffeinspritzschaltung des Blocks 12 zugeführt wird, um das Luft/Brennstoffverhältnis im Bereich von 16 - 18 bis 1 im Sinne einer besseren wirtschaftlichen Ausnutzung des Brennstoffs zu halten.

Die Differenzierschaltung 50 des Blocks 19 differenziert die Drehzahlsteuersignale des Blocks 17 und stellt eine Beschleunigung der Maschine fest. Die Vergleichsstufe 64 bestimmt, wann die Beschleunigung der Maschine einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, der durch Einstellung des Widerstandes 67 vorgegeben wird und bei Überschreiten eines vorbestimmten Beschleunigungswertes schaltet die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 64 den FET-Transistor 70 ein, um dadurch den Strompfad zwischen dem Schaltsteuerverbindungspunkt J1 und Masse oder Erde zu vervollständigen und die Betriebsart in diejenige einer geschlossenen Regelschleife zurückzuführen, die Ausgangsgröße der Integrierstufe 11 freizugeben und zwar ungeachtet der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wodurch die Fahreigenschaften desselben verbessert werden.

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Figur 3 zeigt einen schematischen Stromlaufplan eines anderen Ausführungsbeispiels einer Steuerschaltung mit zwei Betriebsarten und es sind ähnliche Bezugszeichen entsprechend ähnlichen Elementen in Figur 2 verwendet. Die Integrierschaltung des Blocks 11, die Vergleichsschaltung des Blocks 16 und die Halte-Übersteuerungsschaltung des Blocks 19 sind in Figur 2 identisch, so daß auf diese Abschnitte die vorangegangene Beschreibung zutrifft. Die Schaltung entsprechend dem Block 18 ist jedoch abgewandelt, um außerhalb eines vorbestimmten Bereiches oder Bandes der Drehzahlen der Maschine eine Steuerung entsprechend einer offenen Schleife zu erreichen.

Eine erste oder Niedrigdrehzahl-Vergleichsstufe 72 besitzt einen negativen Eingangsanschluß, der mit einem Ende eines Widerstandes 73 verbunden ist, dessen gegenüberliegendes Ende mit einem Verbindungspunkt 74 verbunden ist. Der Verbindungspunkt 74· ist über eine Leitung 61 mit der Differenzierkapazität 60 der HaI-te-Übersteuerungsschaltung des Blocks 19 verbunden und ist über eine Leitung 75 mit einem Verbindungspunkt 76 verbunden. Der Verbindungspunkt 76 ist über eine Leitung 77 mit dem Eingangsanschluß 62 verbunden, der elektrische Signale empfängt, die die Maschinendrehzahl am Ausgang der Drehzahlfühlerschaltung des Blocks 17, wie an Näherer Stelle erläutert, wiedergeben.

Der positive Eingangsanschluß der Vergleichsstufe 72 ist direkt mit einem Eingangsverbinüungspunkt 78 verbunden. Der Verbindungspunkt 78 ist über einen Widerstand 79 mit einer positiven Potential quelle und über einen veränderbaren Widerstand 80 mit Masse oder Erde verbunden. Der veränderbare Widerstand 80 kann zur Festsetzung des vorbestimmten Niedrigdrehzahl-Schwellenwertes oder -grenze eingestellt werden, wie beispielsweise 20 Meilen pro Stunde, was dann das untere Ende des Drehzahlbereiches, der übewacht wird, bedeutet. Wenn die Maschinendrehzahl, die

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durch das dem negativen Eingangsanschluß der Vergleichsstufe über den Widerstand 73 zugeführte Signal wiedergegeben wird, größer ist als die Niedrigdrehzahl-Grenze oder Schwellenwert, der durch den Widerstand 80 vorgegeben wird, dann liegt die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 72 spannungsmäßig niedrig und wenn der Wert der Drehzahlspannung am negativen Eingangsanschluß der Vergleichsstufe 72 kleiner ist als die untere Drehzahlgrenze oder Schwellenwert, der durch den Widerstand 80 vorgegeben wird, dann wird die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 72 spannungsmäßig hoch.

Der Ausgang der Vergleichsstufe 72 ist über einen Widerstand mit dem AusgangsVerbindungspunkt 82 der Vergleichsstufe verbunden. Der Verbindungspunkt 82 ist mit dem Verbindungspunkt einer Diode 48 verbunden, deren Kathode über die Leitung 49 direkt mit dem Schalttransistor-Steuerverbindungspunkt 31 verbunden ist, wie dies an früherer Stelle erläutert wurde. Wenn ein spannungsmäßig niedriges Signal vom Ausgang der Vergleichsstufe 72 zum Steuer-Verbindungspunkt 31 übertagen wird, bleibt der Transistor 30 in seinem nicht leitenden Zustand und die Integrierschaltung 11 bleibt weiterhin in der Betriebsart entsprechend einer geschlossenen Regelschleife. Wenn jedoch ein hoher Spannungswert von der Vergleichsstufe 72 abgegeben wird und zum Steuerverbindungspunkt 31 gelangt, wird der Schalttransistor 30 leitend und die Betriebsweise der Integrierschaltung 11 wird in diejenige einer offenen Schleife geschaltet, wodurch die Ausgangsgröße 24 der Integrierstufe 11 auf einen vorbestimmten Spannungswert geklemmt wird, der durch den Widerstand 33 aufgebaut wird, um das elektronische Brennstoffeinspritzsystem 12 im relativ mageren Luft/Brennstoffverhältnisbereich von 16 bis 1 zu betreiben, was zu einer optimalen wirtschaftlichen Ausnutzung des Brennstoffes führt.

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In ähnlicher Weise ist eine zweite oder Hochdrehzahl-Vergleichsstufe 83 vorgesehen und deren positiver Eingangsanschluß ist über einen Widerstand 84 mit dem Eingangsverbindungspunkt 76 verbunden, um die die Drehzahl angebenden Signale vom Eingangsanschluß 62 zu empfangen. Der negative Eingangsanschluß der Vergleichsstufe 83 ist direkt mit einem Eingangsverbindungspunkt

85 verbunden. Der Verbindungspunkt 85 ist über einen Widerstand

86 mit einer positiven Potentialquelle und über einen veränderbaren Widerstand 87 mit Masse oder Erde verbunden. Der veränderbare Widerstand 87 kann selektiv so eingestellt werden, daß eine vorbestimmte Hochdrehzahl-Grenze oder Schwellenwert der Maschinendrehzahl vorgegegta. wird, oberhalb welchem es wünschenswert ist, eine Betriebsweise entsprechend einer offenen Regelschleife zu haben. Wenn die Maschinendrehzahl, wie dies durch die Signale angegeben wird, welche am positiven Eingangsanschluß der Vergleichsstufe 83 erscheinen, unterhalb der hohen Drehzahlgrenze liegen, wie beispielsweise bei 50 Meilen pro Stunde oder einem ähnlichen Wert, der durch Einstellung des veränderbaren Widerstandes 87 vorgegeben wird, liegt die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 83 spannungsmäßig niedrig und sobald die die Drehzahl angebenden Signale am positiven Eingangsanschluß der Vergleichsstufe 83 den Wert des Signals überschreiten, der am negativen Eingangsanschluß durch den Widestand 87 vorgegeben wird, springt die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 83 auf einen spannungsmäßig hohen Wert. Die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 83 gelangt über einen Widerstand 88 zu einem Vergleichs- stufenausgangsverbindungspunkt 82, wie dies an früherer Stelle erläutert wurde.

Die kombinierte Betriebsweise der Vergleichsstufe 72 entsprechend einer niedrigen Drehzahlgrenze und der Vergleichsstufe 83 entsprechend einer hohen Drehzahlgrenze ist daher wie folgt/ Solange die Maschinendrehzahl, die durch das Signal am Eingangs-

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anschluß 62 wiedergegeben wird, innerhalb eines vorbestimmtenBandes oder DrehzahTbereiches liegt, ist die Ausgangsgröße der Vergleichsstufen 72 und 83 spannungsmäßig niedrig. Alternativkann auch gesagt werden, daß, solange die Maschinendrehzahl oberhalb des vorbestimmten unteren Wertes liegt, der durch den Widerstand 80 vorgegeben wird, jedoch unterhalb der vorbestimmten oberen Drehzahlgrenze liegt, die durch den Widerstand 87 vorgegeben wird, die Ausgangsgröße von sowohl der Vergleichs stufe 72 als auch der Vergleichsstufe 73 spannungsmäßig niedrig liegt. Solange die Drehzahl der Maschine innerhalb dieses Bandes bzw. Drehzahlbereiches liegt, sind somit die Ausgangsgrößen der Vergleichsstufen 72 und 83 spannungsmäßig niedrig und wenn dieser niedrige Spannungswert vom Verbindungspunkt 82 zum Schalttransistor-Steuerverbindungspunkt 31 über die Diode 48 und die Leitung 49 übertragen wird, hat sie keine Wirkung auf die Betriebsweise des Transistors 30, so daß dieser in dem normalerweise vorherrschenden nicht leitenden Zustand bleibt. Dadurch wird sichergestellt, daß die Integrierschaltung des Blocks 11 weiterhin in der Betriebsart entsprechend einer geschlossenen Regelschleife arbeitet, was innerhalb eines Drehzahlbereiches von 20 bis 50 Meilen pro Stunde erforderlich ist, da innerhalb dieses Bereiches das stöchiometrische Luft/Brennstoffverhältnis erforderlich ist, um eine maximale Verbrennung oder Umwandlung der Kohlenwasserstoffe, von Kohlenmonoxid und Stickstoffoxiden gleichzeitig zu erreichen.

Wie bereits an früherer Stelle dargelegt wurde, besitzt der Dreiwege-Katalysator, wenn das Fahrzeug auf freien Strecken oder Gebieten betrieben wird, wobei Geschwindigkeiten von mehr als 50 Meilen pro Stunde auftreten, eine relativ gute Umwandlungsfähigkeit hinsichtlich der Kohlenwasserstoffe und hinsichtlich Kohlenmonoxid und in diesen Gebieten ist die Umwandlung von Stickstoffoxiden nicht weiter kritisch. Es ist daher bei Fallgeschwindigkeiten von mehr als 50 Meilen pro Stunde wünschenswert, daß das

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elektronische Brennstoffeinspritzsystem in einer Betriebsart entsprechend einer offenen Regelschleife betrieben wird, so daß das Luft/Brennstoffverhältnis auf den Bereich von 16 - 18 zu 1-Bereich eingestellt wird, was eine optimal wirtschaftliche Ausnutzung des Brennstoffes bedeutet.

Die Schaltung entsprechend dem Block 18 erreicht diese Forderung in der folgenden Weise:

Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 50 Meilen pro Stunde überschreitet, was durch die Tatsache angezeigt wird, daß das die Drehzahl angebende Signal am Anschluß 62, welches über den Widerstand 84 zum positiven Anschluß der Vergleichsstufe 83 gelangt, die obere Drehzahlgrenze oder Schwellenwert, der durch den Widerstand 87 vorgegeben wird, überschreitet, springt die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 83 auf e inen spannungsmäßg hohen Wert. Dieser spannungsmäßig hohe Wert wird über den Widerstand 88, den Verbindungspunkt 82, die Diode 48 und die Leitung 49 zum Schalttransistor-Steuerverbindungspunkt 31 übertragen. Das Vorhandensein eines hohen Spannungswertes am Verbindungspunkt 31 bewirkt, daß der Schalttransistor 30 in einen leitenden Zustand geschaltet wird, wodurch dann die Betriebsart der Integrierschaltung des Blocks 11 in diejenige einer offenen Regelschleife umgeschaltet wird. In dieser Betriebsart wird die Ausgangsgröße am Anschluß 24 der Integrierstufe 11 auf dem vorbestimmten Spannungswert festgehalten, der durch den Widerstand 33 aufgebaut wird, der ausreichend ist, damit das elektronische Brennstoffeinspritzsystaa des Blocks 12 auf einem Luft/Brennstoffverhältnis in dem Bereich von 16 - 18 zu 1 arbeitet, um dadurch eine optimale wirtschaftliche Ausnutzung des Brennstoffes zu realisieren.

Es wurde auch festgestellt, daß, obwohl der Dreiwege-Katalysa-

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tor eine gute Umwandlungskapazität für Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid besitzt, wenn das System in der Betriebsart entsprechend einer offenen Regelschleife arbeitet, die schlechte Umwandlung bzw. Verbrennung von Stickstoffoxiden bei Geschwindigkeiten unter 20 Meilen pro Stunde ignoriert werden kann, wenn die Belastung der Maschine niedrig ist, da dann ein geringer, wenn überhaupt ein Stickstoffoxidausstoß auftritt. Das Fahrzeug kann daher auch unterhalb dieses Drehzahlwertes in einem hinsichtlich der Brennstoffausnutzung wirksameren Betriebsart entsprechend einer offenen Regelschleife betrieben werden. Wenn daher die Maschinendrehzahl unter den vorbestimmten unteren Grenzwert fällt, der durch den Widerstand 80 vorgegeben wird, springt die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 72 auf einen spannungsmässig hohen Wert. Dieses spannungsmäßig hohe Signal wird über den Widerstand 81, den Vergleichsstufen-Ausgangsverbindungspunkt 82, die Diode 48 und die Leitung 49 zum Schalttransistor-Steuerverbindungspunkt 31 übertragen. Das Vorhandensein eines hohen Spannungswertes am Verbindungspunkt 31 hat zur Folge, daß der Transistor 30 erneut in den leitenden Zustand schaltet und daß die Integrierschaltung des Blocks 11 in die Betriebsart entsprechend einer offenen Regelschleife gelangt, die eine bessere Ausnutzung desBrennstoffes gewährleistet. Die Ausgangsgröße der Integrierschaltung des Blocks 11 wird erneut auf den vorbestiimfcen Spannungswert geklemmt, der durch den Widerstand 33 vorgegeben wird, was ausreichend ist, um das elektronische Brennstoffeinspritzsystem des Blocks 12 auf dem nicht stöchiometrischen relativ mageren Luft/Brennstoffverhältnis in dem gewünschten Bereich wie 16 - 18 zu 1 zu betreiben, um dadurch eine wirtschaftlichere Ausnutzung des Brennstoffes zu erreichen.

Wie bei der Schaltung nach Figur 2 kann die Halte-Übersteuerungss-chaltung des Blocks 19 bestimmen bzw. feststellen, wann die Maschine auf einen Punkt beschleunigt, bei welchem eine fettere

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Mischung für die Realisierung guter Fahreigenschaften erforderlich ist, wobei der Transistor 70 eingeschaltet wird, um eine Betriebsweise der Steuerschaltung des Blocks 18 entsprechend einer offenen Regelschleife zu verhindern, die Ausgangsgröße der Integrierschaltung des Blocks 11 freizugeben und ungeachtet der Drehzahl der Maschine die Betriebsweise entsprechend einer geschlossenen Regelschleife wieder herzustellen. Die Steuerschaltung der Figur 3 mit zwei Betriebsarten bietet daher ein optimales System für die Steuerung der elektronischen Brennstoffeinspritzung, so daß dadurch die strengen Richtlinien der Regierung hinsichtlich der Abgase voll erfüllt werden, wobei diese Richtlinien auf eine verbesserte wirtschaftliche Ausnutzung des Brennstoffs und gute Fahreigenschaften unter den meisten Umständen betreffen.

Es sei darauf hingewiesen, daß unterschiedliche Geschwindigkeits- oder Drehzahlbereiche ausgewählt werden können, was von dem Maschinentyp, den Eigenschaften des Fahrzeugs, der Natur des Katalysators, den Einschränkungen hinsichtlich den Abgasrichtlinien usw. abhängen kann. Auch wenn die Abgasrichtlinien von Jahr zu Jahr geändert werden, können die veränderbaren Widerstände, die jeder der Vergleichsstufen zugeordnet sind, geändert werden, um die Schwellenwerte nach Wunsch abzuändern. Es sei zusätzlich darauf hingewiesen, daß noch weitere Vergleichsstufen zur Steuerschaltung des Blocks 18 hinzugefügt werden können, um noch komplexere Betriebsbereiche vorzugeben, wobei auch Bereiche für eine Betriebsweise entsprechend einer geschlossenen Regelschleife vorgegeben werden können.

Obwohl eine detaillierte Beschreibung spezieller Eigenschaften von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung gegeben wurde und auch die Betriebsweise eingehend erläutert wurde, sei darauf hingewiesen, daß für den Fachmann eine Reihe von Abwand-

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lungen und Änderungen möglich sind, die sowohl die Schaltungsanordnungen als auch die Komponenten des Sieuersystems mit zwei Betriebsarten betreffen, ohne jedoch dadurch den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Zusammenfassend schafft die Erfindung somit ein Steuersystem mit zwei Betriebsarten, um ein elektronisches Brennstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine derart zu betreiben, daß ein optimaler Kompromiss zwischen den Abgasen der Naschine, einer wirtschaftlichen Ausnutzung des Brennstoffes und den Fahreigenschaften erzielt wird. Eine Steuer- bzw. Hegel schaltung entsprechend-einer geschlossenen Begelschleife tastet die Sauerstoffmenge im Abgassystem der Maschine ab und treibt eine Integrierstufe in einer Betriebsweise entspechend einer geschlossenen Regelschleife an, um das elektronische Brennstoffeinspritzsystem auf einem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis zu betreiben, bei welchem eine optimale Umwandlung bzw. Wirkungsgrad der Umwandlung für Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxide erreicht wird. Eine Steuerschaltung entsprechend einem offenen Kreis oder offenen Schleife tastet eine Betriebsweise entsprechend einer hohen Drehzahl ab, bei welcher die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid normalerweise hoch ist und wobei die Abgabe von Stickstoffoxiden nicht kritisch ist und klemmt die Ausgangsgröße der Integrierstufe auf einen vorbestimmten Wert, durch den das elektronische Brennstoffeinspritzsystem auf einem nicht stöchiometrischen, relativ mageren Luft/ Brennstoffverhältnis betrieben wird, um dadurch den Brennstoff wirtschaftlicher auszunutzen. Es kantfeine weitere Steuerschaltung entsprechend einem offenen Regelkreis vorgesehen werden, um eine niedrige Drehzahl bzw. Geschwindigkeit zu erfassen, ebenso eine niedrige Belastung der Haschine zu erfassen, bei welcher die Abgabe von Stickstoffoxiden vernachlässigbar ist, um in ähnlicher Weise in einen Betrieb entsprechend einer offenen Regel-

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schleife umzuschalten, wobei die Ausgangsgröße der Integrierstufe festgehalten oder festgeklemmt ist. Ss kann ferner eine Übersteuerungsschaltung vorgesehen sein, welche die Beschleunigung der Haschine erfaßt, die normalerweise ein relativ fettes Luft/Brennstoffverhältnis erfordert, um gute Fahreigenschaften zu gewährleisten und die die festgehaltene Ausgangsgröße der Integrierstufe übersteuert, um dadurch die Betriebsart entsprechend einer geschlossenen Regelschleife ungeachtet der Drehzahl der naschine wieder herzustellen, so daß effektiv ein optimaler Kompromiss zwischen der Abgabe von Abgasen der Maschine, einer wirtschaftlichen Ausnutzung des Brennstoffes und den Fahreigenschaften des Fahrzeugs realisiert wird.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Leerseife

Claims

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KarlA.DIV"\OC ^{D Karl} D 1"V¹IOC D'Plorn

Ingenieuro

D-8023 München-Pullach. Wiener Str. 2; Tel. (089)' 93 "30 71; Telex 52121V bros d; Cables: «Fatentibus» München

■hr Zeichen,™ . _Tag: ²²· ^Mai

Yourref.: Ρ-Λ^-Α _Date:

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48075, USA

Patentansprüche

Hybrid-Steuersystem mit zwei Betriebsarten für die Steuerung der Betriebsweise eines elektronischen Brennstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, die auf unterschiedlichen Drehzahlen arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Hybrid-Steuersystem folgende Einrichtungen und Merkmale aufweist: eine Generatoreinrichtung (11) zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals für die Steuerung der Betriebsweise des elektronischen Brennstoffeinspritzsystems (12), eine Vergleichsstufe (16), die entsprechend einer geschlossenen Hegelschleife aufgebaut ist und an die Generatoreinrichtung (11) gekoppelt ist, um eine Betriebsart entsprechend einer geschlossenen Regelschleife vorzusehen, so daß die Signalgeneratoreinrichtung (11) normal das elektronische Brennstoffeinspritzsystem (12) auf dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff verhältnis betätigen kann, wenn die Maschine innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereiches arbeitet, so daß dadurch eine optimale Reduzierung der Abgase der Ma-

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schine realisiert wird, weiter eine Vergleichseinrichtung (18), die entsprechend einer offenen Regelschleife aufgebaut ist und an die Signalgeneratoreinrichtung (11) gekoppelt ist und darauf anspricht, ob die Maschinendrehzahl aus einem vorbestimmten Drehzahlbereich herausgelangt, wodurch ein Umschalten in eine Betriebsweise entsprechend einer offenen Regelschleife erfolgt und die Ausgangsgröße der Signalgeneratoreinrichtung (11) auf einem vorbestimmten Wert gehalten bzw. festgeklemmt wird, um das elektronische Brennstoffeinspritzsystem (12) auf einem relativ mageren Luft/Brennstoffverhältnis zu betreiben, so daß dadurch eine wirtschaftlichere Ausnutzung des Brennstoffes erzielt wird.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fühlereinrichtung (50) vorgesehen ist, um eine Beschleunigung der Maschine festzustellen, daß eine Einrichtung (64, 70) vorgesehen ist und auf die festgestellte Besctüe unigung der Maschine anspricht, wenn diese einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, um den Steuerbetrieb entsprechend einer offenen Regelschleife zu übersteuern und einen Steuerbetrieb bzw. Hegelbetrieb entsprechend einer geschlossenen Regelschleife wieder herzustellen, wobei die Ausgangsgröße der Signalgeneratoreinrichtung (11) nicht mehr festgehalten bzw. freigegeben wird und das elektronische Brennstoffeinspritzsysten (12) auf dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis betrieben wird und zwar ungeachtet der Drehzahl der Maschine, so daß dadurch eine verbesserte Fahreigenschaft erzielt wird.
3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtung (11) zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals für die Steuerung der Betriebsweise des elektronischen Brennstoffeinspritzsystems (12) eine elektrische Integrierschaltung (21, 28, 30) enthält, deren Eingang normalerweise mit der Vergleichsstufe (16) entsprechend einer geschlossenen

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Regelschleife gekoppelt ist und deren Ausgang die Betriebsweise des elektronischen Brennstoffeinspritzsystems (12) steuert, und weiter eine auf die Ausgangsgröße der Vergleichseinrichtung (18) entsprechend einer offenen Regelschleife ansprechende Halteeinrichtung aufweist, um die Ausgangsgröße der Integrierschaltung (21, 28, 30) auf einem vorbestimmten Wert zu halten bzw.festzuklemmen, so daß das elektronische Brennstoffeinspritzsystem (12) entsprechend einer verbesserten wirtschaftlichen Ausnutzung des Brennstoffes auf einem vorbestimmten BsLativ mageren Luft/ Brennstoffverhältnis arbeitet.
4. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fühlereinrichtung (15) vorgesehen ist, um die im Abgas der Maschine enthaltene Sauerstoffmenge festzustellen und um ein diese Menge angebendes elektrisches Signal zu erzeugen, das die Vergleichsstufe (16) entsprechend einer geschlossenen Regelschleife eine Vergleichseinrichtung (33') enthält, deren einer Eingang mit der Sauerstoffühlereinrichtung (15) gekoppelt und deren anderer Eingang mit einer Einrichtung (38) zum Aufbauen eines Bezugswertes gekoppelt ist, derart, daß die Ausgangsgrösse der Vergleichseinrichtung (33') einen spannungsmäßig hohen Wert oder einen spannungsmäßig niedrigen Wert auf eine der Seiten des aufgebautenBezugswertes annimmt, wenn die im Abgas der Maschine enthaltene Sauerstoff menge zunimmt und abnimmt, daß weiter der Ausgang der Vergleichseinrichtung (33¹^ mit dem Eingang der Generatoreinrichtung (11) gekoppelt ist, um ein elektrisches Steuersignal für den Aufbau einer geschlossenen Schleife zu erzeugen und die Betriebsweise des elektronischen Brennstoffeinspritzsystems (12) auf dem stöchiometrischen Luft/ Brennstoffverhältnis im Sinne einer starken Reduzierung der Abgase der Maschine zu steuern.
5. Steuersystem nach Anspruch 1, dadrch gekennzeichnet, daß

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eine Generatoreinrichtung (17) zum Erzeugen von elektrischen Signalen, die die Drehzahl der Maschine angeben, vorgesehen ist und daß die Vergleichs einrichtung (18) entsprechend einer offenen Regelschleife eine Vergleichsschaltung (41) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Vergleichsausgang enthält, wobei der erste Vergleichseingang mit der Einrichtung (46) zum Aufbauen eines vorbestimmten Schwellendrehzahlwertes gekoppelt ist und wobei der zweite Eingang mit der Generatoreinrichtung (17) zum Erzeugen von drehzahlangebenden Signalen gekoppelt ist, derart, daß die Ausgangsgröße der Vergleichsschaltung (41) der Signalgeneratoreinrichtung (11) normalerweise erlaubt, in dem Betrieb entsprechend einer geschlossenen Regelschleife zu arbeiten, solange die Maschinendrehzahl unterhalb des vorbestimmten Schwellendrehzahlwertes liegt, jedoch die Betriebsweise der Signalgeneratoreinrichtung (11) in diejenige einer offenen Regelschleife umschaltet und die Ausgangsgröße der Steuersignalgeneratoreinrichtung (11) auf den vorbestimmten Wert hält, um das relativ magere Luft/Brennstoffverhältnis zu realisieren, wenn der vorbestimmte Schwellendrehzahlwert überschritten wird.
6. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Generatoreinrichtung (17) zum Erzeugen von die Maschinendrehzahl angebenden Signalen vorgesehen ist, daß die Vergleichseinrichtung (18) entsprechend einer offenen Schleife eine erste und eine zweite Vergleichsstufe (72, 83) umfaßt, bei denen jeweils ein Eingangsanschluß mit der Generatoreinrichtung (17) zum Erzeugen der drehzahlangebenden Signale gekoppelt ist und wobei der andere Eingangsanschluß einer Vergleichsstufe (72) mit der Einrichtung (80) zum Aufbauen der vorbestimmten niedrigen DrehzahlschwelIe gekoppelt ist und der zweite Eingangsanschluß der anderen Vergleichsstufe (832 ^{mit der} Einrichtung (87) zum Aufbauen einer vorbestimmten hohen Drehzahlschwelle ge-

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koppelt ist, derart, daß solange die Maschine zwischen der niedrigen DrehzahlschwelIe und der hohen Drehzahlschwelle arbeitet, die Ausgangsgrößen der eisten und der zweiten Vergleichs stufe (72, 83) der Steuersignal-Generatoreinrichtung (11) die Möglichkeit gehen, in der Betriebsart entsprechend einer geschlossenen Regelschleife zu arbeiten, jedoch immer dann, wenn die Maschinendrehzahl unter den niedrigen DrehzahlSchwellenwert fällt oder den hohen Drehzahlschwellenwert überschreitet, die Ausgangsgrösse einer der Vergleichsstufen (72, 73) die Steuersignal-Generatoreinrichtung (11) umschaltet, so daß sie in der Betriebsart entsprechend einer offenen Regelschleife arbeitet, wobei die Ausgangsgröße der Steuersignal-Generatoreinrichtung (11) auf dem vorbestimmten Wert festgehalten wird, um das elektronische Brennstoffeinspritzsystem (12) im Sinne einerbesseren wirtschaftlicheren Ausnutzung des Brennstoffs aus dem relativ mageren Luft/ Brennstoffverhältnis zu betreiben.
7. Steuersystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Integrverschaltung (21, 28, 30) folgende Einrichtungen enüält: einen Operationsverstärker (21) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und mit einem Integrierausgang, daß weiter der Ausgang der Vergleichseinrichtung (16) entsprechend einer geschlossenen Regelschleife mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers (21) gekoppelt ist, eine Einrichtung (33) zum Aufbauen des vorbestimmten Wertes der Klemmspannung, die während der Betriebsweise erteprechend einer offenen Regelschleife abgegeben wird, wobei diese Einrichtung mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers (21) gekoppelt ist, eine zwischen dem ersten Eingang des Operationsverstärkers (21) und dem Integrierausgang eingeschaltete kapazitive Einrichtung (28), und eine Reihenschaltung (29, 30) aus einem Widerstand (29) und einem Transistorschalter (30), die parallel an die kapazitive Einrichtung (28) angeschlossen

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sind, wobei die Triggerelektrode des Transistorschalters (30) mit dem Ausgang der Vergleichseinrichtung (18) entsprechend einer offenen Regelschleife gekoppelt ist, um den Transistorschalter (30) für ein selektives Festhalten oder Freigeben der Ausgangsgröße der Integrierschaltung (21, 28, 30) zu betreiben.
8. Steuersystem nach den Ansprüchen 2 und 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinrichtung (50) zum Fühlen bzw. Feststellen der Beschleunigung der Maschine eine Differenzierschaltung (50) umfaßt, um die die drehzahlangebenden Signale zu differenzieren und ein Signal abzugeben, welches die Besdieunigung der Maschine angibt; daß die auf die Beschleunigung der Maschine ansprechende Einrichtung (4, 70) folgende Meikmale und Einrichtungen althält: eine Vergleichsstufe (64) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Vergleichsausgang, wobei der erste Vergleichseingang der Vergleichsstufe (64) mit dem Ausgang der Differenzierschaltung (50) verbunden ist, um das die Beschleunigung der Maschine angebende Signal zu empfangen, und wobei der zweite Vergleichseingang der Vergleichsstufe (64) mit der Einrichtung (67) zum Aufbauen eines vorbestimmten Beschleunigungsechwellenwertes verbunden ist, derart, daß die Vergleichsstufe (64) ein erstes Signal abgibt, wenn die Beschleunigung der MaBchine unterhalb des Beschleunigungsschwellenwertes liegt und ein zweites Signal abgibt, wenn die Beschleunigung der Maschine den Beschleunigungsschwellenwert überschreitet; daß weiter eine normalerweise nicht leitende Schaltereinrichtung (70) zwischen die Triggerelektrode des Transistorschalters (30) der Integrier schaltung (21, 28, 30) und Masse oder Erde eingeschaltet ist und auf das zweite Signal am Ausgang der Vergleichsstufe (64) anspricht, so daß die Schaltereinrichtung in einen leitenden Zustand geschaltet wird und die Triggerelektrode des Transistorschalters (30) der Integrierschaltung (21, 28, 30) immer dann geerdet wird, wenn die Beschleunigung der Maschi-

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ne den Schwellenwert überschreitet, um dadurch die Steuerbetriebsart entsprechend einer offenen Regelschleife zu übersteuern und die Ausgangsgröße der Integrierschaltung freizugeben, so daß die Betriebsweise entsprechend einer geschlossenen Regelschleife wieder hergestellt wird.

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