DE2827208C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffregelsystem mit einer Sensoreinrichtung für die Abgaszusammensetzung, wobei die Sensoreinrichtung eine hohe Ausgangsimpedanz bei niedriger Temperatur hat, jedoch bei der Betriebstemperatur ein Spannungssignal erzeugt, daß zur Abgaszusammensetzung in Beziehung steht, und mit einer Kraftstoffregelschaltung, die mit der Sensoreinrichtung verbunden ist, derart, daß Änderungen im Spannungssignal von dieser den Kraftstoffstrom zum Motor ändern, derart, daß das Spannungssignal sich einem Sollwert annähert.

Bei einem solchen aus der DE-OS 23 51 944 bekannten Regelsystem wird die Ausgangsspannung der Sensoreinrichtung mittels der Vergleichsschaltung mit einer Bezugsspannung verglichen. Je nachdem, ob die Ausgangsspannung des Sensors oberhalb oder unterhalb der Bezugsspannung liegt, wird durch die Vergleichschaltung in einem Zähler, der Teil eines Integrators ist, ein Aufwärts- oder ein Abwärtsvorgang eingeleitet. Durch den Ausgabewert des Zählers wird die Menge des dem Motor zugeführten Kraftstoffes bestimmt.

Die Verwendung von an sich bekannten Abgassensoren bedingt jedoch, daß bei niedrigen Temperaturen im Vergleich zur normalen Betriebstemperatur die Ausgangsimpedanz des Sensors derart hoch wird, daß dieser zur Bestimmung der Abgaszusammensetzung kein verwertbares Ausgangssignal mehr liefern kann. Deswegen ist es bei Regelsystemen der bekannten Art erforderlich, zur Aufrechterhaltung der Kraftstoffzufuhr auch bei Temperaturen unterhalb der Normalbetriebstemperatur zusätzliche schaltungstechnische Maßnahmen vorzusehen, die den Einfluß der beschriebenen Sensorcharakteristik ausschließen.

Des weiteren wird für ein, aus der DT VA 26 23 018 bekanntes Regelsystem vorgeschlagen, die ausnutzbare Betriebstemperatur des Sensors dadurch zu gegenüber der Normalbetriebstemperatur niedrigeren Werten zu verlagern, daß diesem zur Kompensation seiner aufgrund seiner bei steigender Ausgangsimpedanz fallenden Ausgangsspannung mittels eines zusätzlichen Integrators ein Kompensationsstrom zugeführt wird. Dazu ist bei diesem bekannten Regelsystem vorgesehen, daß am Ausgang des zusätzlichen Integrators so lange ein Stromsignal erzeugt wird, bis die Differenz aus dem Ausgangssignal des Sensors und einer vorgegebenen Bezugsspannung ausgeglichen ist.

Allerdings läßt sich auch bei diesem Regelsystem der ausnutzbare Temperaturbereich nur bis zu einer bestimmten Grenztemperatur ausdehnen, unterhalb der der Ausgangswiderstand der Sensoreinrichtung auf einen nahezu unendlich hohen Wert ansteigt, so daß ein Signal für die Abgaszusammensetzung nicht mehr erhältlich ist. Um jedoch zu vermeiden, daß bei diesen niedrigen Temperaturen der Integrator in seine Begrenzung läuft, sind jedoch auch bei diesem bekannten Regelsystem innerhalb der Vergleicherschaltung Umschalthilfsmittel vorzusehen, die die beschriebene Kompensationsschaltung unwirksam machen, so daß das System weiterhin für die Kraftstoffzufuhr funktionsfähig bleibt.

Daher liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Regelsystem der eingangs genannnten Art so auszugestalten, daß die Systemfunktion ohne das Erfordernis zusätzlicher schaltungstechnischer Umschalthilfsmittel im gesamten Temperaturbereich gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgang des Integrators über eine Rückkopplungsschaltung an den Eingang der Vergleicherschaltung rückkoppelbar ist und daß die Impedanz der Rückkopplungsschaltung niedriger ist als die der Sensoreinrichtung bei niedrigen Temperaturen, aber höher ist als die der Sensoreinrichtung bei normalen Betriebstemperaturen.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich in höchst einfacher Weise durch die Rückkopplung des am Ausgang des Integrators anliegenden Spannungswertes an den Eingang der Vergleicherschaltung. Die Impedanz dieser Rückkopplung ist erfindungsgemäß so bemessen, daß sie bei normaler Betriebstemperatur deutlich höher ist als die Ausgangsimpedanz der Sensoreinrichtung, so daß sich die Rückkopplung nicht auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen jedoch steigt die Ausgangsimpedanz des Sensors über den Wert der Rückkopplung, so daß diese wirksam wird. In diesem Fall gibt der Integrator eine feste Sollwertspannung an seinem Ausgang ab, wodurch - unabhängig vom Ausgangssignal des Sensors - die Kraftstoffversorgung weiterhin gewährleistet ist. Hierdurch arbeitet das Regelsystem im gesamten Temperaturbereich zuverlässig, ohne daß zusätzliche Umschaltmaßnahmen zur Berücksichtigung des jeweiligen Temperaturbereiches erforderlich sind.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffregelsystems nach der Erfindung,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild einer Regelung für die Abgaszusammensetzung, die einen Teil des Systems nach Fig. 1 bildet, und

Fig. 3 ein Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels einer Regelung für die Abgaszusammensetzung.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 weist das dargestellte Kraftstoffregelsystem eine digitale Hauptregelsignal-Ge­ bereinheit 10 auf, die Signale von einem Drosselwinkelwandler 11 und von einem Motordrehzahlumsetzer 12 erhält und ein digitales Mehrbit-Ausgangssignal in bekannter Weise erzeugt, indem ein programmierter Nurlese-Speicher als ein dreidimensionaler Digitalfunktionsgenerator benutzt wird. Das digitale Ausgangssignal vom Geber 10 wird an eine Impulslängenregelung 13 angelegt, wo es in bekannter Weise in eine Impulsdauer umgesetzt wird, indem Eingangsim­ pulse von einem Zeitgeber 14 veränderlicher Frequenz be­ nutzt werden. Verschiedene Trimmungen wie die Motorkühl­ mitteltemperatur werden an den Zeitgeber 14 angelegt, die Hauptregelgröße ist jedoch der Ausgang einer Regelschal­ tung 15 für die Abgaszusammensetzung, die Regelsignale von einer Sensoreinrichtung 16 für die Abgaszusammenset­ zung erhält. Die Impulslängenregelung 13 regelt die Menge an Kraftstoff, der dem Motor 18 zugeführt wird, indem die Dauer von Erregungsimpulsen geändert wird, die an eine An­ zahl von hubmagnet-betätigbaren Kraftstoffeinspritzventi­ len 17 angelegt werden.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 weist die Regelschaltung für die Abgaszusammensetzung ein Eingangsfilter auf, be­ stehend aus einem Widerstand 20 und einem Kondensator 21, die in Reihe zwischen einen Eingangsanschluß 22 und Masse geschaltet sind. Dieses Filter kann eine sehr kleine Zeit­ konstante wie 0,1 mS haben, so daß es nur so wirkt, daß Hochfrequenzrauschen ausgeschieden wird.

Die Schaltung hat eine Eingangsstufe, bestehend aus einem Funktionsverstärker 23 hoher Eingangsimpedanz, der als Spannungskomparator mit Hysterese geschaltet ist. Die Ver­ bindung zwischen dem Widerstand 20 und dem Kondensator 21 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstär­ kers 23 verbunden. Eine Spannungsteilerkette, die aus drei Widerständen 24, 25 und 26 besteht und zwischen eine Strom­ leitung 27 und Masse geschaltet ist, liefert einen Eingang an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Verstär­ kers 23. Diese Spannungsteilerkette ist so eingerichtet, daß sie eine Bezugsspannung V _REF im Bereich von 350 mV am nicht invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 23 liefert. Eine positive Rückkopplung um den Verstärker 23 ist durch einen Widerstand 28 gebildet, der zwischen den Ausgangsanschluß des Verstärkers 23 und dessen nicht in­ vertierenden Eingangsanschluß geschaltet ist und der eine Widerstandszahl hat, die sehr viel höher als die der Kom­ bination aus den Widerständen 24, 25, 26 ist, so daß die Hysterese, die er einführt, nur sehr gering ist.

Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 23 ist über zwei Wi­ derstände 30, 31 in Reihe an Masse angeschlossen, und die Verbindung zwischen diesen beiden Widerständen ist mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Transistors 32 verbunden, dessen Emissionselektrode an Masse angelegt ist und dessen Kollektor über einen Widerstand 33 mit der Leitung 27 ver­ bunden ist.

Der Kollektor des Transistors 32 (der der Ausgangsanschluß der Eingangsstufe ist) ist über eine FET-Schalteinrichtung 34 mit einem Funktionsverstärker-Integrator verbunden, zu dem ein Funktionsverstärker 35, gehört. Ein Eingangswider­ stand 36 verbindet die Schalteinrichtung 34 mit dem inver­ tierenden Eingangsanschluß des Funktionsverstärkers, und ein Rückkopplungskondensator 37 verbindet den Ausgangsan­ schluß des Verstärkers 35 mit dessen invertierenden Ein­ gangsanschluß. Der nicht invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers 35 ist durch eine Spannungsteilerkette auf eine Leitungsmittelspannung vorgespannt, wobei die Span­ nungsteilerkette aus zwei gleichen Widerständen 38, 39 be­ steht, die zwischen die Leitung 27 und Masse geschaltet sind. Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 35 ist mit einem Steueranschluß des Zeitgebers 14 und außerdem über zwei Widerstände 40, 41 in Reihe mit Masse verbunden. Die Größen dieser Widerstände 40, 41 sind so gewählt, daß dann, wenn der Ausgangsanschluß des Verstärkers 35 sich auf der Leitungsmittelspannung befindet (oder irgendeinem anderen Sollwert), die Spannung an der Verbindung zwischen den Wi­ derständen 40, 41 etwa gleich V _REF ist - d. h. etwa 350 mV.

Die Verbindung zwischen diesen beiden Widerständen 40, 41 ist durch einen Widerstand 42 hoher Impedanz mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Funktionsverstärkers 23 verbunden.

Die Schalteinrichtung 34 wird von einem monostabilen Multivibrator in integrierter Schaltkreisausführung ge­ steuert, der mit einem Zeitgabekondensator 46 und einem Zeitgabewiderstand 47 versehen ist, um einen Ausgangsim­ puls fixer Dauer immer dann zu liefern, wenn der Drehzahl­ umsetzer (der einen einfachen mechanischen Kontaktunter­ brecher oder eine elektromagnetische Einrichtung aufwei­ sen kann) einen Impuls erzeugt. Die Schalteinrichtung 34 leitet während einer fixen Gesamtzeit bei jeder Umdre­ hung der Motorwelle, so daß der Integrator 35, 36, 37 in bezug auf die Motorwellenverlagerung anstatt in bezug auf die Zeit integriert.

Die Sensoreinrichtung 16 kann beispielsweise ein Sauer­ stoffsensor in einer Ausführung sein, wie sie von der Firma Lucas Electrical Limited unter deren Bezeichnung 2LS geliefert wird. Eine solche Sensoreinrichtung kann als eine Kombination aus einer Spannungsquelle, die so­ wohl vom Sauerstoffgehalt als auch von der Temperatur ab­ hängig ist, und aus einem Ausgangswiderstand angesehen wer­ den, der von der Temperatur abhängig ist. Sowohl die Quel­ lenspannungs- als auch die Widerstandscharakteristiken ändern sich mit dem Alter und mit dem Gebrauch, so daß die genaue Abstimmung der Einrichtung auf eine Regelschal­ tung für einen linearen Betrieb sehr schwierig ist. Es ist jedoch festgestellt worden, daß in einem großen Be­ reich "normaler" Betriebstemperaturen ein Gleichstromaus­ gang von weniger als 350 mV in eine Last hoher Impedanz anzeigt, daß Sauerstoff im Gas vorhanden ist, das die Ein­ richtung umgibt, während ein Ausgang von mehr als 350 mV anzeigt, daß kein Sauerstoff vorhanden ist. Bei einer Regelung für die Abgaszusammensetzung zeigt deshalb klar eine "niedrige" Ausgangsspannung an, daß zu wenig Kraft­ stoff zugeführt wird, und eine "hohe" Ausgangsspannung zeigt an, daß zu viel Kraftstoff zugeführt wird.

Bei diesen "normalen" Betriebsbedingungen ist der Aus­ gangswiderstand der Einrichtung 16 nicht signifikant, verglichen mit dem Widerstand des Rückkopplungswider­ stands 42. Wenn deshalb der Ausgang der Einrichtung 16 350 mV überschreitet, nimmt der Ausgang des Verstärkers 35 linear mit der Winkelverlagerung der Motorwelle ab. Das bewirkt eine Verringerung der Zeitgeberfrequenz, um damit die Ausgansgsimpulsdauer der Schaltung 13 zu verkür­ zen und die Menge an Kraftstoff zu verringern, die pro Zeiteinheit zum Motor fließt. Wenn der Ausgang der Ein­ richtung 16 unter 350 mV liegt, erhöht sich entsprechend die Kraftstoffzufuhr.

Bei niedriger Temperatur, beispielsweise dann, wenn der Motor gerade angelassen worden ist, sind die Spannungs- und Impedanzcharakteristiken der Einrichtung 16 derart, daß eine zuverlässige Regelung im geschlossenen Kreis, wie das vorstehend beschrieben worden ist, nicht vorge­ nommen werden kann. Die Ausgangsimpedanz der Einrichtung 16 wird signifikant höher als der Widerstand des Rückkopp­ lungswiderstands 42. In dieser Situation wird die nega­ tive Rückkopplung über den Widerstand 42 dominierend, und der Ausgang des Verstärkers 35 pendelt sich auf den Lei­ tungsmittelsollwert ein, wobei eine Dreieckswellen-Wellig­ keit geringer Amplitude durch die Hysterese des Span­ nungskomparators eingeführt wird.

Die Ohmzahl des Widerstands 42 bestimmt die Temperatur, bei der die Sensoreinrichtung 16 mit der Übernahme der Regelung beginnt, wobei die Ausgangsimpedanz der Einrich­ tung mit steigender Temperatur fällt. Der Wechsel auf die Regelung im geschlossenen Kreis ist glatt, weil die Sen­ soreinrichtung allmählich dominant wird, während die Tem­ peratur steigt.

In bestimmten Situationen, z. B. dann, wenn der Motor un­ ter Vollast läuft (Drosselklappe weit offen, jedoch Dreh­ zahl relativ niedrig), ist es wünschenswert, die Regelung für die Abgaszusammensetzung im geschlossenen Kreis zu übersteuern, und im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine solche Übersteuerung ohne weiteres mittels eines Schalters 43 erreicht, der zum Rückkopplungswiderstand 42 parallelgeschaltet ist. Dieser Schalter kann ein Relais­ kontakt- oder ein elektronischer Schalter mit einem extrem hohen Abschaltwiderstand sein. Wenn der Schalter 43 leitet, dominiert wiederum die negative Rückkopplung vom Verstär­ ker 35 zum Verstärker 23, so daß der Ausgang des Verstär­ kers 35 sich auf den Leitungsmittelwert einpendelt.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Schaltkreis ist die Eingangs­ stufe die gleiche wie in Fig. 2, die Integratorstufe ist jedoch durch einen binären Hoch/Ab-Zähler 50 gebildet, der von den Ausgangsimpulsen vom monostabilen Multivibrator 45 weitergeschaltet wird. Der Kollektor des Transistors 32 ist mit dem Hoch/Ab-Steueranschluß des Zählers 50 ver­ bunden. Der Rückkopplungswiderstand 42 ist mit der Verbin­ dung zwischen zwei Widerständen 40¹, 41¹ verbunden, die in Reihe zwischen den Ausgangsanschluß für den signifikante­ sten Bit des Zählers und Masse geschaltet sind. Diese Wi­ derstände sind so gewählt, daß dann, wenn die Spannung am MSB-Ausgangsanschluß hoch ist, die Spannung an der Verbin­ dung zwischen den Widerständen 40¹, 41¹ ausreichend über 350 mV liegt, um den Komparator von einem hohen Ausgang auf einen niedrigen Ausgang umzuschalten, wenn die Sensor­ einrichtung 16 kalt ist.

Der Zeitgeber 14 wird in diesem Fall vom digitalen Multibit- Signal vom Zähler 50 gesteuert.

Im kalten Zustand wird der Zähler wiederholt zwischen 000... 01 und 11...10 durch abwechselnde Impulse vom Multivibrator weitergeschaltet.

Claims (6)

1. Kraftstoffregelsystem für einen Brennkraftmotor mit einer Sensoreinrichtung für die Abgaszusammensetzung, die bei niedrigen Temperaturen eine hohe Ausgangsimpedanz aufweist und bei normalen Betriebstemperaturen eine niedrige Ausgangsimpedanz aufweist sowie ein von der Abgaszusammensetzung abhängiges Spannungssignal liefert, mit einer Vergleicherschaltung, die als Eingangssignal das Ausgangssignal der Sensoreinrichtung und eine feste Bezugsspannung erhält und mit einem Integrator, an dessen Eingang das Ausgangssignal der Vergleicherschaltung angelegt ist und dessen Ausgangssignal die dem Motor zugeführte Menge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Integrators (35) über eine Rückkopplungsschaltung (40, 41, 42, 43) an den Eingang der Vergleicherschaltung (23) rückkoppelbar ist und daß die Impedanz der Rückkopplungsschaltung (40, 41, 42, 43) niedriger ist als die der Sensoreinrichtung (16) bei niedrigen Temperaturen, aber höher ist als die der Sensoreinrichtung (16) bei normalen Betriebstemperaturen.

2. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung (40-43) einen Widerstandsspannungsteiler (40, 41), der zwischen den Ausgang des Integrators (35) und einen Masseanschluß geschaltet und so eingerichtet ist, daß eine Spannung gleich der Bezugsspannung entsteht, wenn der Ausgang des Integrators (35) sich auf einem vorgebbaren Sollwert befindet und einen Widerstand (40, 41) aufweist, der zwischen den Spannungsteiler (40, 41) und einen Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung (23) geschaltet ist.

3. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang der Vergleicherschaltung (23) und den Eingang des Integrators (35) eine Schalteinrichtung (4) geschaltet und so gesteuert ist, daß sie periodisch mit einer Frequenz leitend ist, die proportional zur Motordrehzahl ist.

4. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung einen zum Widerstand (42) parallelgeschalteten Übersteuerungsschalter (43) aufweist.

5. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicherschaltung durch einen Spannungskomparator (23) gebildet ist und daß der Integrator durch einen binären Multibit-Hoch-Ab-Zähler (50) gebildet ist, wobei der Ausgang des Spannungskomparators mit einem Hoch/Ab-Steueranschluß des Zählers (50) verbunden ist, wobei Mittel zur Erzeugung von Impulsen mit einer Frequenz vorhanden sind, die proportional zur Motordrehzahl ist, wobei diese Mittel mit dem Zeitgabeeingangsanschluß des Zählers (50) verbunden sind.

6. Regelsystem nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung (40-43) mit einem Ausgang des Zählers (50) mit dem signifikantesten Bit verbunden ist.