DE2852031A1

DE2852031A1 - Leerlaufdrehzahl-steuersystem fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2852031A1
Application number: DE19782852031
Authority: DE
Inventors: William Arthur Keely
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1977-12-05
Filing date: 1978-12-01
Publication date: 1979-06-13
Also published as: IT7830423A0; US4242994A; IT1100437B; FR2410738A1; CA1112739A; GB2009456A; JPS54109524A

Description

B4TENX4NI4^LTE ^ BROSE^DKa BROSE

D-8023 München-Pullach. Wiener Sir. >; Te: (08m) 7 a3 30 >\: Telex 5<ί1214/ bros d: Cables: «Palentibus» München

Diplom Ingenieure

Anmelderin: THE BENDIX CORPORATION, Bendix Center, Southfield, Michigan 48o75, USA

Leerlaufdrehzahl-Steuersystem für Brennkraftmaschinen

Ihr Zeichen: Tag:

Yourref.: 5dHH-k Dale: vln/hö

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft Steuersysteme für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen und speziell ein Leerlaufdrehzahl-Steuersystem für Brennkraftmaschinen, die mit Brennstoffeinspritzsystemen ausgestattet sind. Bei einer Kraftfahrzeugmaschine ändert sich die Leerlaufdrehzahl über einen wesentlichen Bereich, und zwar in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen und Maschinenlastbedingungen, speziell bei einer Maschine, die mit einem Brennstoffeinspritzsystem ausgestattet ist. Wenn sich die Drosselklappe der Maschine in der Leerlaufstellung befindet, ist der Durchtrittskanal vom Luftfilter zum Einlaßrohr bzw. Ansaugrohr der Maschine auf eine feste Öffnung gedrosselt. Eine Änderung der Maschinenbelastung oder der Umgebungsbedingungen, durch die die Drehzahl der Maschine vermindert wird, hat auch zur Folge, daß eine übermäßig reiche oder fette Luft/Brennstoffmischung erzeugt wird. Eine Änderung der Maschinenbelastung oder der Umgebungsbedingungen, durch die die Leerlaufdrehzahl der Maschine erhöht wird, führt dagegen zu einem extrem mageren Luft/Brennstoffverhältnis bzw. Mischung.

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j Es ist wünschenswert automatisch die Strömung der aufgenommenen

i Luft in Abhängigkeit von der Maschinenlast oder den Umgebungs-

j bedingungen bzw. Änderungen derselben zu ändern, so daß die

j Drehzahl der Maschine im wesentlichen konstant gehalten werden

! kann.

, Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Steuer-

' system zu schaffen, um die Leerlaufdrehzahl einer Brennkraft-

j maschine trotz dem Auftreten von Schwankungen oder änderungen

j in den Maschinenlasthedingungen und bestimmten Umgebungs-

1 betriebsbedingungen im wesentlichen konstant zu halten.

: Es ist bereits bekannt, die Leerlaufdrehzahl einer Brennkraft- : maschine dadurch zu ändern, indem man die Luftströmung in das ' Ansaugrohr der Maschine ändert. Eine derartige Einrichtung ist j in der US-PS 366I 131 beschrieben, bei der ein DrosselklaOpen- [ TTmgehungskanal bei einer Maschine vorgesehen ist, die mit einem Brennstoffeinspitzsystem ausgestattet ist. Bei dem in dieser genannten US-PS beschriebenen System ist in dem Umgehungs-i kanal ein durch Unterdruck betätigtes Luftregulierventil ange- : ordnet. Der Öffnungsgrad des Luftventils und damit die Menge : der umgeleiteten oder überbrückten Luft ist kontinuierlich in ! Abhängigkeit von dem Unterdruck veränderbar, der in der Membrankammer der Ventilbetätigungsvorrichtung erzeugt wird. Der Unterdruck in der Ventilbetätigungsvorrichtung wird durch Schalten eines Solenoidventils in den geöffneten oder geschlossenen Zustand reguliert, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Drehzahl der Maschine oberhalb oder unterhalb eines festgelegten Leerlaufdrehzahlwertes liegt. Bei diesem bekannten System gelangt auch ein vom Motor angetriebenes Ventil anstelle des Solenoidventils zur Anwendung, um den Unterdruck in dem durch Unterdruck betätigten Luftregulierventil zu regulieren. Dieses System ist jedoch insofern mit einem Nachteil behaftet, als sowohl ein Luftregulierventil erforderlich ist, welches durch Unterdruck betätigt wird, als auch ein Unterdruckregulierventil erforderlich ist, um das Luftumleitungsregulierventil zu steuern. Als Alternative ist in der genannten US-PS ein System

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angesprochen, hei welchem das durch ^TTnteriruck betätigte Ventil entfernt ist und lediglich ein vom Motor angetriebenes Luft- umgehungsregulierventil Verwendung findet, welches direkt die Luftumgehung oder Luftumleitung durch eine kontinuierlich veränderbare öffnung in dem TJmgehungskanal steuert. Dieses System ist wiederum mit dem Nachteil behaftet, daß ein motorangetriebenes Regulierventil entsprechend einer proportional oder kontinuierlich veränderbaren öffnung erforderlich ist und daß auch eine spezielle Steuerschaltung benötigt wird. In Verbindung mit Drehzahlsteuersystem ist es bekannt die Drosselventilstellung durch eine TInterdruckbetätigungsvorrichtung zu steuern, die j

wiederum durch eine Ein-Aus TJnterdruckregulierventileinrich- j tung gesteuert wird. Fine derartige Einrichtung ist in der :

US-PS 3 o7o Itf5 beschrieben. In diesem System wird das Unter- *

ι druckregulierventil mit Hilfe eines veränderlichen ^astver- j hältnisses (von Impulsen) erregt und entregt, wobei das Tast- j verhältnis erhöht oder vermindert wird, und zwar abhängig davon, ' ob die Drehzahl der Maschine über oder unter einem eingestellten

Wert der Maschinendrehzahl liegt. Ein Nachteil dieses Drehzahl- : Steuersystems, wenn es für die Steuerung der Leerlaufdrehzahl j einer Maschine angepaßt würde, besteht darin, daß es ein Unter- ι druckregulierventil und eine Unterdruckbetätigungsvorrichtung für das Drosselklappenventil benötigt und somit teuer und kompliziert ist.

Durch die vorliegende Erfindung wird nun ein verbessertes Leerlaufdrehzahl-Steuersystem für Brennkraftmaschinen geschaffen, welches eine Regelung entsprechend einer geschlossenen Regelschleife der Leerlaufdrehzahl mit Hilfe eines einzigen Ventils ermöglicht, wobei dieses Ventil in einem Drosselklappen-Umgehungsjkanal angeordnet ist. Dies wird mit Hilfe eines elektrisch er- j regten Ein-Aus Luftsteuerventils erreicht, um abwechselnd den j TJmgehungskanal zu öffnen und zu schließen und wird ferner mit ■ Hilfe von Impulsgeneratormitteln erzeugt, um das Ventil mit einer; im wesentlichen konstanten Wiederholfolge bzw. ^voIgefrequenz . zu erregen und zu entregen. Eine Drehzahlfühlereinrichtung ist j mit der Impulsgeneratoreinrichtung verhunden, um bei einer {

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eingestellten Leerlaufdrehzahl eine vorbestimmte Impulsdauer vorzugeben und das Ventil mit Impulsen eines bestimmten Tastverhältnisses beim Einstellwert der Leerlaufdrehzahl zu betätigen und um das Tastverhältnis zu erhöhen oder zu vermindern, j wenn die Drehzahl der Maschine unter den eingestellten Leerlaufdrehzahlwert abfällt oder diesen überschreitet, so daß also die Drehzahl der Maschine derart geregelt wird, daß sie auf der festgelegten oder eingestellten Leerlaufdrehzahl verweilt, Darüberhinaus wird erfindungsgemäß die vorbestimmte Folgefrequenz auf einen Wert eingestellt, der größer ist als die Frequenz, bei welcher die Maschine ansprechen kann, so daß dadurch die Maschiner drehzahl keiner Nachlauferscheinung oder Schwingung ausgesetzt wird. Die Drehzahlfühlereinrichtung umfaßt erfindungsgemäß ferner eine Tachometerschaltung zum Erzeugen eines elektrischen Drehzahlsignals und ferner enthält die Impulsgeneratoreinrichtung eine Vergleichsstufe mit einem Sägezahngenerator, wodurch ein sich j j wiederholendes Sägezahnsignal erzeugt wird.-Das Drehzahlsignal > ■ und das Sägezahnsignal gelangen zu der Vergleichsstufe, um da- : durch eine Folge von Impulsen mit veränderbarer Impulsdauer ! entsprechend der Maschinendrehzahlabweichung von der festgejlegten Leerlaufdrehzahl zu erzeugen. Die Impulsfolge erregt das ; Luftsteuerventil entsprechend einem veränderbaren Tastverhältnis, jum dadurch die Leerlaufdrehzahl der Maschine auf einen eingestellten oder festgelegten Wert zu halten.

i Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbei- j

spiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung des Luftansaugsystems einer

i .

I Maschine mit dem Drosselklappenumgehungs-Steuersystem j nach der Erfindung; ' ■

!Figur 2 ein schematischer Stromlaufρlan einer elektronischen j Schaltung, die beim Gegenstand der Erfindungzur An-I ■ ,wendung gelangt;

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Figur 3 eine graphische darstellung des Steuersystems nach der Erfindung.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, welches mit einer herkömmlichen Brennkraftmaschine und einem Brennstoffeinspritzsystem ausgestattet ist.

Gemäß Fig. 1 enthält eine Maschine Io einen Ansaugkanal 12, dessen oberes Ende strömungsmäßig über einen Luftfilter I^ mit

ι der Atmosphäre in Verbindung steht. Das untere Ende des Ansaugkanales 12 ist mit einem Einlaßrohr 16 verhunden, welches seiner-: seits mit einem herkömmlichen Brennstoffeinsnritzsystem (nicht gezeigt) ausgestattet ist. Der Ansaugkanal 12 ist mit einem Drosselklappenventil 18 ausgestattet, um dem Finlaßkanal Iß Luft gesteuert zuzuführen. Wenn sich das Drosselklappenventil 18 der Maschine in der Leerlaufstellung befindet, wie dies angezeigt ist, so ist der Ansaugkanal 12 auf eine kleine öffnung oder Luftdurchtrittskanal zum Einlaßrohr hin reduziert.

Erfindungsgemäß ist eine Hilfs-Luftversorgungseinrichtung 2o vorgesehen, um Luft aus der Atmosphäre dem F.inlaßrohr zuzuführen. Das Hilfs-Versorgungssystem besteht aus einem Umgehungskanal 22, der strömungsmäßig mit dem Ansaugkanal 12 an einer Stelle stromaufwärts von dem Drosselklappenventil 18 in Verbindung steht. Der Umgehungskanal 22 erstreckt sich durch ein Luftsteuerventil 2H und ist strömungsmäßig in Verbindung mit dem Einlaßrohr 16, und zwar durch den Anschluß an den Kanal 12 an einer Stelle stromabwärts vom Drosselklappenventil 18.

Das Luftsteuerventil 2k besteht aus einem elektrisch gesteuerten Ein-Aus Ventil (d.h. einem Zweistellungsventil, welches entweder geöffnet oder geschlossen ist). Das Ventil 2-4 besteht aus einem Ventilkörper 26 mit einem Einlaß 28 und einem Auslaß 3o. Das Ventilelement 32 ist normalerweise gegen einen Ventilsitz 3*J entsprechend einer Schließstellung unter dem Einfluß einej!· Vorspannfeder 36 gedrückt. Das Ventilelement 32 wird durch eine

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• Stange oder einen Stössel 38 in Lage gehalten, der für eine
■· Hin- und fferbevregung in dem Ventilkörper 26 gelagert ist. Ein
Elektromagnet oder Solenoidwicklung Ho ist an dem Ventilknrper
angeordnet und der Stössel oder Anker 3^ erstreckt sich koaxial
durch diese Wicklung. Wenn die Solenoidwicklung ¹Io elektrisch
j erregt wird, so wird der Anker 38 zur Wicklung hin gegen den
Widerstand der Vorspannfeder 36 gezogen und es wird das Ventil-Element 32 vom Ventilsitz 3*1 entsprechend einer voll geöffneten
ι

Stellung abgehoben. Wenn die Wicklung 4o entregt wird, so wird
der Anker 38 aus der Wicklung durch die Kraft der Feder 36
; herausgedrückt und das Ventilelement 32 gelangt dann in Anlage
'. an den Ventilsitz 3H entsprechend einer voll geschlossenen
'- Stellung.

'-. Das Luftsteuerventil 2H kann abwechselnd erregt und entregt
xtferden, und zwar in einer zyklischen Folge in der Größenordnung

; von ¹Io - loo Hz. Die Betriebsfrequenz ist so ausgewählt, daß

'. sie einen Wert hat, der höher liegt als derjenige, bei welchem
die Maschine Io auf Pulsationen der Luftzuführung im Ansaugrohr

; ansprechen kann. Das Ventil 2^l\ soll noch im folgenden näher '. erläutert werden und es wird entsprechend einem veränderbaren ■ Tastverhältnis in Einklang mit den Steuerbedingungen erregt. i Das Tastverhältnis besteht aus dem Verhältnis der Ventil- ! Öffnungszeit (offnes Ventil) zur Summe aus der Öffnungszeit + i der Aus-Zeit. Daher ist der zeitliche Mittelwert der Luftströmungi durch das Ventil proportional zur Wurzel aus dem mittleren 1

i Quadratwert der Tastverhältnis-Zeiten der Strömungskapazität

durch das Ventil, wenn letzteres voll geöffnet ist.

Um das Luftsteuerventil 2Ί zum Zwecke der Steuerung der Leerlauf-!

I drehzahl der Maschine zu betätigen 1st die Steuerschaltung nach j Figur 2 vorgesehen. Allgemein besteht die Steuerschaltung aus ! einem Impulsgenerator 5o, der in geeigneter Weise eine Folge j von Impulsen-. P mit im vresentlichen konstanter Impulsfolgefrequenz \ erzeugt. Eine Drehzahlfühl- oder Tachometerschaltung 52 ist mit ... ; dem Impulsgenerator verbunden und steuert in geeigneter Weise ·

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- Io -

die Impulsbreite der "¹⁵OIfTe der Impulse des Imnulsgenerators ^o. Die Ausgangsgröße des Impulsgenerators gelangt zur Ventil-Solenoidwieklung ^Jo. Daher wird die Ventil-Solenoidwicklung mit einer im wesentlichen konstanten Impulsfolgefrequenz erregt, wobei die Impulsfolge Impulsbreite moduliert wird, und zwar entsprechend dem Wert des Maschlnendrehzahlsignals.

Der Impulsgenerator 5o besteht aus einem Sägezahngenerator mit einer Speicherkapazität 56, die an eine Ladeschaltung 58 angeschlossen ist und ferner auch an eine Entladeschaltung So angeschlossen ist. Die Ladeschaltung 58 besteht aus einer Konstantstromquelle mit einem transistor 62. Der Emitter des 'Transistors ist mit der Stromversorgungsquelle über einen Widerstand 6H und der Kollektor ist mit dem oberen Anschluß der Kapazität 56 verbunden. Die Basis des Transistors ist mit dem Verbindungspunkt einer Zenerdiode 66 und einem Widerstand 68 verbunden, die in Reihe an die Stromversorgungsspannung angeschaltet sind, um einen Spannungsteiler zu bilden. Die Ladeschaltung 58 sieht in geeigneter Weise einen konstanten Strom für die Speicherkapazität 56 vor, um eine Spannung an dieser zu erzeugen, die linear mit der Zeit ansteigt. Die Entladeschaltung 60 besteht aus einem Schalttransistor 7o, der mit einer im wesentlichen konstanten Frequenz über einen astabilen Multivibrator 72 ein- und ausgeschaltet wird. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Multi vibrators 72 mit der Basis des Transistors 7o über ein Paar von Teilungswiderständen 7 ^ und 76 verbunden. Der Kollektor des Transistors 7o ist mit dem oberen Anschluß der Speicherkapazität 56 und der Emitter des Transistors ist direkt mit wiasse oder Erde verbunden. Der Multivibrator 72 besitzt eine Impulsfolgefrequenz, die größer ist als 5 Impulse pro Sekunde, also beispielsweise Io Impulse pro Sekunde. Jeder Impuls schaltet den Schalttransistor 7o ein und hält ihn lang genug eingeschaltet, so daß sich die Speicherkapazität 56 auf im wesentlichen Masse oder Erdpotential entladen kann. Zu diesem Zweck können die vom Multivibrator 72 erzeugten Impulse eine Impulsdauer von mehreren loo Mikorsekunden aufweisen. Der Zeitintervall zwischen den

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impulsen beträgt bei dem erwähnten Beispiel ca. loo Millisekunden Die Speicherkapazität 56 wird in kurzen Zeitintervallen entladen, wenn der Transistor Jo eingeschaltet ist und wird in linearer Weise über eine relativ lang dauernde Periode ausgeladen, wenn der Transistor 7o ausgeschaltet ist, um dadurch eine linear verlaufende Sägezahnspannung zu erzeugen, die sich mit der Impulsfolgefrequenz des Multivibrators 72 wiederholt. Daher besteht die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators aus einer Sägezahnspannung bzw. rampenförmig verlaufenden Spannung R mit sägezahnförmiger Wellenform (Figur 3a).

Der Impulsgenerator enthält auch einen Impulsbreitemodulator, der die Form einer Vergleichsstufe 8o hat. Die Vergleichsstufe 8o besteht in bevorzugter Weise aus einem Operationsverstärker mit einem Stromeingang wie einem Norton-Operationsverstärker, dessen nichtinvertierender Eingangsanschluß 82 mit dem Ausgang des Sägezahngenerators über einen Widerstand 84 verbunden ist. j Der Invertiereingangsanschluß 86 der Vergleichsstufe ist mit • dem Ausgang der Tachometerschaltung 52 verbunden, die im folgendei !erläutert werden." soll.'-

I ■"■."" " .

Die Tachometerschaltung 52 kann in geeigneter Weise ein Drehzahlsignal S (Figur 3a) in Form einer Gleichspannung erzeugen, und zwar mit einer Größe, die proportional zur Drehzahl der Maschine ist. Die Tachometerschaltung 52 besteht aus einer auf den Zündimpuls ansprechenden Tachometerschaltung eines gut bekannten I Typs. Der Eingang 9o der Tachometerschaltung ist an die Zünd- . stellen 92 der Zündschaltung der Maschine angeschlossen. Die Folge der Zündimpulse am Eingang 9o gelangt zu einem Filter mit Widerständen 94 und 96, einer Diode 98 und einer Filterkapazität jloo, um die negativen und hochfrequenten Komponenten zu beseitijgen. Die Ausgangsgröße des Filters gelangt zum Eingang einer j Impulsformerschaltung oder eines Generators, der einen Feldeffekt j transistor Io2 und einen bipolaren transistor Io4 enthält. Die

[gefilterten Zündimpulse gelangen zum Gateanschluß des Feldeffekt-■ transistors Io2, dessen Sourceanschluß mit der Stromversorgungs-

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quelle über einen Widerstand io6 verbunden ist und dessen Trainanschluß über einen Widerstand Io8 mit ""asse oder Erde verbunden ist. Der Transistor Io2 wird somit bei Auftreten jedes Zündimpulses leiten. Der Emittor des ^rpransistors Io4 ist mit der Stromversorgungsspannung und der Kollektor desselben über einen Wider-I stand Ho mit Masse oder Erde verbunden. Pie Basis des Transistor? Io4 ist mit dem Sourceanschluß des Transistors Io2 verbunden. Demnach wird der Transistor Io4 bei jedem Zündimpuls eingeschaltet und erzeugt eine ^olge von Impulsen ar. Ausgang der Impulsformerschaltung über den Widerstand Ho. Die Ausgangsgröße der Impulsformerschaltung gelangt zum Eingang einer Integrierstufe 112, die einen Operationsverstärker il4 wie heispielsxveise einen Norton-Operationsverstärker enthält, dessen Ausgang über einen Rückkopplungskr-eis mit dem Invertiereingangsanschluß 116 über einen Widerstand 118 und eine parallel geschaltete Kapazität 12o verbunden ist. Der Michtinvertier-Eingangsanschluß 22 des Operationsverstärkers 114 ist mit dem Ausgangsanschluß der Impulsformerschaltung über einen Widerstand 124 verbunden. Die Ausgangsgröße der Integrierstufe 112 besteht aus dem zuvor erwähnten Drehzahlsignal S, d.h. einer Gleichspannung, deren Größe proportional zur Drehzahl der Maschine ist. Das Drehzahlsignal S gelangt zum Invertiereingangsanschluß 86 der Vergleichsstufe Po,und zwar über einen Spannungsteiler mit einem Widerstand 124 und einem veränderbaren Widerstand 126.

Die Vergleichsstufe 8o ist zu dem Zweck vorgesehen, um Impulse mit konstanter Impulsfolgefrequenz und veränderbarer Dauer zu erzeugen; sie arbeitet damit als Impulsbreite-Modulationseinrichtung. Die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 8o gelangt zum Eingang eines Leistungs-Schaltverstärkers 54, der lediglich eine Leistungsverstärkung der Impulsausgangsgröße der Vergleichsstufe vornimmt. Die Vergleichsstufe 8o kann in der herkömmlichen Welse eine niedrige Ausgangsspannung oder Ausgangsspannung von Null erzeugen, wenn die dem Michtinvertier-Eingangsanschluß 82 zugeführte Spannung kleiner ist als die dem Invertiereingangsanschluß 86 zugeführte Spannung; wenn die dem Nichtinvertier-Eingangsans chluß zugeführte Spannung die Spannung überschreitet,

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die dem Invertier-Eingangsanschluß zugeführt wird, so erzeugt die Vergleichsstufe eine hohe oder positive Ausgangsspannung. Zur Erläuterung sei angenommen, daß das Drehzahlsignal eine Spannung von Null hat; daß weiter das Sägezahnsignal größer ist als Null, und zwar im wesentlichen über den gesamten Zyklus hinweg, so daß die Vergleichsstufe eine positive Ausgangsspannung während jedes Sägezahnzyklusses bzw. jedes Zyklusses der rampenförmigen Spannung erzeugt. Wenn andererseits die Spannung des Drehzahlsignals größer ist als der Spitzenwert der Sägezahnspannung, erzeugt die Vergleichsstufe eine Ausgangsspannung von Null. Da die Schaltung lediglich im Bereich der Leerlaufdrehzahl arbeiten darf, erzeugt der Sägezahngenerator einen Spitzenspannungswert, der nahezu gleich ist dem Wert der Spannung des Drehzahlsignals, die dem oberen Grenz- j wert des Leerlaufdrehzahlbereichs der Maschine entspricht. Um j Ausgangsimpulse aus der Vergleichsstufe Bo zu erhalten, deren j

Impulsdauer einen vorbestimmten Wert besitzt, der zunehmen oder ' abnehmen kann, ist der Tachometergenerator 52 so geeicht, daß ! die Größe der Drehzahlsignalspannung bei dem gewünschten Ein- j stellwert der Maschinenleerlaufdrehzahl gleich ist ca. der ; Hälfte des Spitzenwertes der Sägezahnspannung. Dies wird in j geeigneter Weise beispielsweise durch Einstellen des veränderbaren Widerstandes 126 erreicht. Wenn daher die Maschine auf dem eingestellten Wert oder Sollwert der Maschinenleerlaufdrehzahl arbeitet, erzeugt die Vergleichsstufe Bo eine Impulsfolge aus rechteckigen Impulsen, in welcher die Impulsdauer gleich ist der Hälfte der Periode jedes Zyklusses. Mit anderen V/orten wird bei diesem Betriebszustand die Impulsgeneratoreinrichtung 5o mit einem Tastverhältnis von 5o Prozent betrieben, wie dies durch die Ausgangs-Impulsfolge der Vergleichsstufe 8o (Figur 3b) wiedergegeben ist. Es sei darauf hingewiesen, daß eine Zunahme in der Drehzahlsignalspannung, welche eine Abweichung der Haschinendrehzahl über die Soll-Leerlaufdrehzahl anzeigt, bewirkt, daß die Impuls generatorschaltung 5o eine Ausgangs-Impulsfolge erzeugt, deren Impulse kürzere Dauer gesitzen. File Impulsgeneratorschaltung kann mit einem Tastverhält- |

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nis betrieben werden, welches von dem Wert ^o Prozent bis herab
auf im wesentlichen T¹TuIl Prozent reicht. Wenn andererseits die

Drehzahlsignalspannung absinkt, X'/odurch eine Abweichung der :

Maschinendrehzahl unter die Soll-Leerlaufdrehzahl angezeigt wird, j

nimmt die Impulsdauer zu. Demnach kann die Impulsgeneratorein- j

richtung 5o mit einem Tastverhältnis betrieben werden, welches ι

von 5o Prozent nach oben bis im wesentlichen loo Prozent reicht. .

Die Ausgangsimpulsfolge der Impulsgeneratoreinrichtung aus dem !

Verstärker 54 gelangt zur Solenoidwicklung ^l\o des Luftsteuer- ;

Ventils 24. Das Ventil wird im Sinne einer Fin-Aus Schaltung be- ^:

tätigt, d.h. es wird während jedes Impulses der Impulsfolge des :

Verstärkers 54 voll geöffnet und wird im Zeitraum zwischen den ;

Impulsen voll geschlossen. Als Ergebnis ist die durch das Ventil i

verlaufende Luftströmung proportional zur Wurzel aus dem quadra- ·^!

tischen Mittelwert des TasfcVerhältnisses multipliziert mit der ;

Strömungskapazität durch das Ventil im geöffneten Zustand. j

I Die Betriebsweise des Leerlaufdrehzahl-Steuersystems nach der

Erfindung soll zusammenfassend anhand der ^igur 3 erläutert ; werden. Der Sägezahngenerator erzeugt eine Sägezahnspannung mit : einer Wellenform R, wie dies in Figur 3a gezeigt ist. Die rampen-i förmig verlaufende Spannung besitzt somit eine Sägezahngestalt j

und hat eine im wesentlichen konstante Frequenz. Sie besitzt den i in Figur 3a gezeigten Spitzenwert. Der Tachometergenerator 52 er-j zeugt eine variable Drehzahlspannung mit einer Größe S, wie dies | in Figur 3a veranschaulicht ist, die proportional zur Drehzahl ι der Maschine ist. Bei dem gevrünschten Sollwert der Leerlauf- 1 drehzahl der Maschine besitzt die Drehzahlspannung einen Spannungs-Sollwert von V/2. Figur 3b zeigt die Impuls erregung des Ventils '-24 durch den Leistungs-Schaltverstärker 54 für variierende Vierte \ der Maschinendrehzahl. Wenn die Betriebsbedingungen der Maschine ! dazu führen, daß sich eine niedrige Leerlaufdrehzahl einstellt, \ so ist die Drehzahlspannung S kl-einer als der Soll-Spannungswert _^! V/2, wie dies in dem ersten Paar Zyklen der ^igur 3a dargestellt j ist. Demzufolge wird die Vergleichsstufe ⁰O zum Zeitpunkt t* ein-j geschaltet und wird zum Zeitpunkt t_? ausgeschaltet. Bei dieser

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Bedingung, wie in Figur 3b gezeigt ist, arbeitet der Impulsgenerator 5o mit einem tastverhältnis größer als 5o Prozent und das Ventil 24 wird mit einem Tastverhältnis größer als das vorbestimmj te Tastverhältnis betrieben. Daher wird auch mehr Umgehungsluft dem Ansaugrohr der Maschine über den Kanal 22 und das Ventil 24 zugeführt, so daß die Drehzahl der Maschine erhöht wird. Die Erregung des Ventils, wobei der Impulsgenerator ein Tastverhältnis größer als 5o Prozent besitzt, ist durch die Erregerimpulse P^, Pp, P, und Pj. wiedergegeben. Die Maschinendrehzahl nimmt zu bis sie den Sollwert der Leerlaufdrehzahl erreicht, bei welchem die Vergleichsstufe Bo zum Zeitpunkt t, eingeschaltet wird und zum Zeitpunkt ti. ausgeschaltet wird, wie dies in "^igur

Während
3a gezeigt ist. die Drehzahlspannung auf dem Sollwert bleibt wird das Ventil 24 durch den Impulsgenerator erregt, der auf einem Tastverhältnis von 5o Prozent arbeitet, wie dies durch die Erregerimpulse P_ - Pg wiedergegeben ist« Wenn durch eine Maschinenstörung eine überhöhte Drehzahl resultiert, wo steigt ; die Drehzahlspannung P über den Sollwert an; dies führt dazu,

daß die Vergleichs stufe Ko zum Zeitpunkt tj- eingeschaltet wird ; und zum Zeitpunkt tg ausgeschaltet wird, wie dies in Figur 3a

gezeigt ist. Demzufolge wird das Ventil durch den Impulsgenerator : erregt, der mit einem Tastverhältnis kleiner als 5o Prozent ar-I beitet, was durch die Erregerimpulse Pg» ^pi_o ^{und p}-i-i angegeben [wird. Dies hat zur Folge, daß die Tlmgehungsluft durch den Kanal j 22 und das Ventil 24 reduziert wird und daß die Drehzahl der I Maschine auf die Soll-Leerlaufdrehzahl vermindert wird.

i Es ist bekannt, daß eine typische Kraftfahrzeugmaschine eine j Leerlaufdrehzahl erforderlich macht, die wesentlich höher bei niedrigen Maschinentemperaturen liegt als die Leerlaufdrehzahl bei aufgewärmter Maschine. Das hier erläuterte Steuersystem kann mit einer Einrichtung ausgestattet werden, um den Sollwert der Leerlaufdrehzahl während der Aufwärmung der Maschine zu erhöhen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines auf die Kühlmittelt emperatur ansprechenden Widerstandes erfolgen, der an den Ausgang der Tachometerschaltung 52 angeschlossen ist, so

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daß die Orehzahlspannung programmiert wird und zunimmt, während die Maschine auf ihre normale Betriebstemperatur aufgewärmt wird.

Zusammenfassen schafft die Erfindung somit ein Leerlaufdrehzahl-Steuersystem, welches insbesondere für Kraftfahrzeugmaschinen geeignet ist. Ein das DrosselklaDpenventil umgehender Kanal für die Ansaugluft 1st mit einem Luftsteuerventil 2k vom Ein-Aus-Schalttyp ausgestattet. Das Luftsteuerventil 2h wird mit Hilfe elektrischer Impulse bzw. einer ^olge von Impulsen erregt, die im wesentlichen eine konstante Impulsfolgefrequenz besitzen und hinsichtlich der Impulsdauer moduliert sind, so daß das Tastverhältnis der Erregung des Ventils 24 geändert wird, und zwar in Abhängigkeit von der Abweichung der Leerlaufdrehzahl der Maschine von einem Sollpunktwert. Die Impulsfolgefrequenz der Erregerimpulse liegt höher als die Frequenz, auf welche die Maschine auf die Luftversorgungspulsationen im Ansaugrohr ansprechen kann.

Obwohl der Gegenstand der Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Es sind im Gegenteil eine Reihe von Abwandlungen und Änderungen für den Fachmann offensichtlich, ohne daß dadurch jedoch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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

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Claims

BROSE D-8023 München-Pullach. Wiener Str. 2. Tel. (089} 7 933071; Telex 5212147 broc rf; Cables: «Patentibus» München Anmelderin: THE BENDIX CORPORATION, Bendix Center, Southfield, Michigan 48o75, USA Diplom Ingenieure Ihr Zeichen: Your ref.: 5644-A Tag: Date:

1. Dezember 1978 vln/hö

PATENTANSPRÜCHE

Il Leerlaufdrehzahl-Steuersystem für eine Brennkraftas chine mit einem Einlaßkanal, der mit einem mit der Atmosphäre verbundenen Ansaugkanal verbunden ist, einem in dem Kanal angeordneten Drosselklappenventil zur Steuerung der Luftströmung von der Atmosphäre in den Einlaßkanal, mit einer Brennstoffversorgungseinrichtung, die mit dem Einlaßkanal verbunden ist, und mit einem Umgehungskanal, durch den eine Strömungsverbindung zwischen dem Einlaßkanal und der Atmosphäre hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch erregbares Ein-Aus Luftsteuerventil (24) in dem Umgehungskanal (22) vorgesehen ist, um abwechselnd den Umgehungskanal zu öffnen und zu schließen; daß weiter eine Impulsgeneratoreinrichtung (5o) mit dem Ventil (24) verbunden ist, um für die Erregung und EntRegung des Ventils (24) mit einer im wesentlichen konstanten Impulsfolgefrequenz eine Folge von Impulsen zu erzeugen, daß an die Maschine eine Maschinendrehzahlfühlersehaltung (52) angeschlossen ist, um ein Drehzahl-

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signal zu erzeugen und um mit der Impulsgeneratoreinrichtung (5o) eine vorbestinmte Impulsdauer der Imnulse beim Sollvrert der Leerlauf drehzahl zu erzeugen, so daß das Ventil (2^1) entsprechend j einem vorbestimmten Tastverhältnis beim Sollwert der Leerlaufdrehj zahl betätigt wird, und daß die Drehzahlfühlerschaltung (52) die Dauer der Impulse über und unter einen vorbestimmten Wert ahändert entsprechend der Abweichung der Drehzahl unter und über der Soll-Leerlaufdrehzahl, wodurch das Tastverhältnis der Betätigung des Ventils von dem vorbestimmten Tastverhältnis zur Regulierung der Maschinendrehzahl auf den Sollwert der Leerlaufdrehrahl verändert wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ^olge-j frequenz größer ist als die frequenz, in welcher die Maschine ! auf Änderungen in der Menge der angesaugten Luft ansprechen kann.j

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz größer ist als ca. 5 Hz.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impuls·· generatoreinrichtung (5o) eine Vergleichsstufe (8o) und einen Sägezahngenerator (56, 58, 6o) enthält, um ein sich wiederholendes rampenförmig verlaufendes bzw. Sägezahnsignal zu erzeugen, daß ein Eingangsanschluß der Vergleichsstufe (Bo) mit dem Sägezahngenerator (56, 58, 6o) verbunden ist, um das sich wiederholende rampenförmig verlaufende Signal zu empfangen, und daß der andere Eingangsanschluß der Vergleichsstufe mit der Drehzahlfühlerschaltung (52) verbunden ist und das Drehzahlsignal empfängt, wobei die Vergleichsstufe (8o) einen Ausgangsimpuls während des Zeitintervalls erzeugt, in welchem das rampenförmig verlaufende Signal das Drehzahlsignal überschreitet.

5. System nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator (56, 58, 60) eine Speicherkapazität (56), eine Konstantstromquelle (58), die an die Speicherkapazität (56) zur j Aufladung der Kapazität und zur Erzeugung einer über der Kapazi-

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tat als lineare Funktion der Zeit anwachsende Spannung angeschlossen ist, weiter eine Entladeschaltung (60) enthält, die an die Kapazität (56) angeschlossen ist und einen Schalter (7o) und eine Zyklussteuereinrichtung (72) enthält, die mit dem Schalter (7o) verbunden ist, um abwechselnd den Schalter (7o) zur Entladung der Kapazität (56) mit der vorbestimmten Folgefrequenz zu öffnen und zu schließen.

6. System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklussteuereinrichtung (72) aus einem astabilen Multivibrator besteht.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl-Fühlerschaltung (52) eine Impulsformersehaltung (Io2, 1ο4) enthält die mit den Zündunterbrecherstellen der Maschine verbunden ist, weiter eine mit der Impulsformers ehaltung (Io2, lo¹*) verbundene Integrierschaltung (112) enthält, um ein Gleichspannungsdrehzahlsignal zu erzeugen, dessen Größe der Drehzahl der Maschine entspricht.

8. System nach Anspruch i», dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert des Sägezahnsignals bzw. des rampenförmig verlaufenden Signals gleich ist dem Wert des Drehzahlsignals, wenn die Drehzahl der Maschine sich an der oberen Grenze des Maschinenleerlaufdrehzahlbereiches befindet, xfobei das Luft steuerventil (2*0 geschlossen ist, wenn die Drehzahl der Maschine über dem Leerlaufdrehzahlbereich der Maschine liegt.

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