DE2507055A1

DE2507055A1 - Verfahren zur regelung einer brennkraftmaschine und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2507055A1
Application number: DE19752507055
Authority: DE
Inventors: Velerio Dipl Ing Dr Bianchi; Reinhard Dipl Ing Dr Latsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1976-09-02
Also published as: JPS51106827A; US4064846A; SE437062B; FR2333128B1; JPS5912860B2; SE7601847L; DE2507055C2; FR2333128A1; GB1543379A; BR7600999A

Description

Dipl. Ing. Pet«r Ott· ₇ STUTTGART BO (Vaihingen) Patentanwalt WeJdtourgetraße 48

Telefon (0711) 7346 27

1127/ot/EO
11 .12.1974

Firma

Robert Bosch GmbH.

7ooo Stuttgart

Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine auf unter den jeweils gegebenen Betriebsbedingungen maximale Leistung bzw. minimalen Kraftstoffverbrauch (Optimierungsverfahren) durch oszillierendes Verändern von Maschinenvariablen (zugeführter Kraftstoffmenge, Zündwinkel, zugeführte Luftmenge oder dergleichen) und Abtastung der sich dadurch ergebenden relativen Veränderung der Maschinenfunktionen, beispielsweise der Kurbelwellenreaktion und entsprechendem Nachführen des Schwingungsmittelpunktes der Maschinenvariablen in Abhängigkeit zu einem durchgeführten Vergleich.

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Ein solches Verfahren und entsprechende Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind in der V/eise bekannt geworden, daß ein Mechanismus bei einer Brennkraftmaschinenselbstregelung eine Maschinenvariable ständig und relativ langsam innerhalb enger Grenzen verändert und mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein Beschleunigungsmesser gekoppelt ist, der positive und negative Beschleunigungen aufnimmt. Die Signale des Beschleunigungsmessers und der die langsame Veränderung der Maschinenvariablen bewirkenden Vorrichtung werden einem Servomotor zugeführt, der die Maschinenvariable in Übereinstimmung mit den empfangenen Signalen verändert.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß eich die der Maschinenvariablen aufgezwungene Modulation aus der positiven oder negativen gemessenen Beschleunigung.nur sehr schlecht herausfiltern bzw. mit dieser in Bezug setzen läßt, da eine Brennkraftmaschine in ihrem Betrieb nahezu ständig Beschleunigungswerten unterworfen ist und die jeweiligen Maschinenvariablen beispielsweise durch die Bedienungsperson selbst nahezu ununterbrochen einer Veränderung unterv/orfen werden, etwa durch Bremsen, Gasgeben und dergleichen, außerdem ist die bekannte Regelung nicht schnell genug«

Um hier zu einer eindeutigen, die Maschinenvariable tatsächlich in ihren optimalen Arbeitsbereich führenden Regelung zu gelangen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Regelung einer Brennkraftmaschine auf jeweils optimale Leistung zu schaffen, welches sich einfach realisieren läßt, gegenüber sonstigen, nicht auf die gewünschte Modulation selbst zurückzuführende Schwankungen der Maschinenfunktionen unempfind-

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lieh ist und schnell und zuverlässig reagiert.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von den eingangs genannten Verfahren und besteht erfindungsgemäß darin, daß die oszillierende Veränderung der jeweiligen Maschinenvariablen mit zur Maschinendrehzahl synchronen Modulationsfrequenz erfolgt und zur optimalen Einstellung der Maschinenvariablen die Kurbelwellenbeschleunigungsänderung verwendet wird.

Man erzielt dadurch den Vorteil, daß die Regelung präzise nur auf eine Maschinenfunktionsänderung anspricht, die auch tatsächlich durch die Modulation bewirkt worden ist und nicht auf sonstige Änderungen der jeweiligeben Betriebsbedingungen reagiert, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn die Brennkraftmaschine gleichförmig beschleunigt und sich schon dadurch eine Veränderung der Maschinenfunktion ergibt, auf die die bekannte Vorrichtung anspricht. Darüberhinaus reagiert die Regelung spontan und unmittelbar, wobei die Regelgeschwindig-

ist keit bei hohen Drehzahlen gleichfalls erhöht, da die Modulationsfrequenz der Maschin.envariablen zur Maschinendrehzahl zwangssynchronisiert ist.

Durch zweimalige Differenzierung eines zur Kurbelwellenumdrehung proportionalen und bevorzugt induktiv durch eine Marke an der Kurbelwelle abgeleiteten Signals gelingt es, ein Maß für die Beschleunigungsänderung zu gewinnen, der die Kurbelwelle unterv/orfen ist und die ausschließlich auf die Modulation einer Maschinenvariablen zurückzuführen -ist. Dieses zweimal differenzierte Signal wird in seiner Phase mit dem Modulationssignal verglichen und

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man gelangt auf einfache V/eise, da nur das Vorzeichen selbst von Bedeutung ist, schließlich zu einem auf die Maschinenvariable einwirkenden Regelsignal, welches bevorzugt durch Integration des Ausgangssignals des Phasenvergleichers gewonnen wird.

Da im wesentlichen mit digitalen Signalen gearbeitet wird und die Phasenverschiebung jeweils nur 0 oder 18o betragen kann, läßt sich der Phasenvergleich durch Multiplikation in einem Digital-Multiplizierer durchführen.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt .

Im folgenden werden das erfindungsgomäße Verfahren und Ausführungsbeispiele zur Durchführung des Verfahrens anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1

das Diagramm der Abhängigkeit des pro Zeiteinheit einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs über der pro Zeiteinheit zugeführten Luftmenge, wobei Kurvenscharen konstanten Drehmoments und konstanten Kraftstoffluftverhältnisses (konstante Luftzahl Λ, ) eingezeichnet sind,

Figur 2 den Verlauf einer Drehmomentkurve bei sich ändernde^ pro Zeiteinheit zugeführter Kraftstofί ο der Luftnenge,

Figur 3 das Blockdiagramm einer ersten Schaltung zur Durchführung des Verfahrens zur Regelung auf optimale Leistung,

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die im Blockdiagramm der Figur 3 verwendete Steuerlogik,

Figur 5 ein Impulsdiagramm der aus der Steuerlogik gewonnenen Impulsfolgen,

Figur 6 die Auswerteschaltung des Blockdiagramms der Figur 3 i-ⁿ Detaildarstellung,

Figur 7 den der Auswerteschaltung nachgeschalteten Regler,

Figur 8 eine weitere Diagrammdarstellung einer Drehnonentkurve über sich änderndem Zündwinkel und

Figur 9 eine Schaltungsvariante zur optimalen Einstellung des Zündwinkels einer Brennkraftmaschine_β

Die Erfindung verfolgt den Zweck,eine Brennkraftmaschine, beispielsweise einen Ottomotor aufgrund einer Extremwertregelung bei leistungs-maximalen oder kraftstoffverbrauchsrninimalen Luftzahlwerton oder leistungs-maxinialem Zündwinkel au betreiben. Üblicherweise sind diese Größen

deutlich abhängig von solchen Werten wie Luft- und Kraftstoffeigenschaften, der Drehzahl, dem Saugrohrdruck, den Verdichtungsverhältnis und dergleichen. Vorliegend soll nun so geregelt werden, daß die Brennkraftmaschine grundsätzlich bei jeweils gegebenen Betriebsbedingungen ihremaximale Leistung abzugeben im Stande ist bzw. im Bereich minimalen Kraftstoffverbrauchs betrieben wird.

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Der Darstellung nadh Figur 1 läßt sich die Abhängigkeit der pro Zeiteinheit verbrauchten Kraftstoffmenge m\_z über der pro gleicher Zeiteinheit umgesetzten Luftmenge ηιχ, entnehmen . Den gleichfalls eingezeichneten Kurvenverläufen konstanten Drehmoments M läßt sich entnehmen, daß, legt man senkrechte und horizontale Tangenten an diese Kurven konstanten Drehmoments, sich Betriebspunkte jeweils maximalen Drehmoments einmal bei konstanter angesaugter Luftmenger und zum anderen bei konstant gehal-

(B)
tener Kraftstoffnenge ermitteln lassen. Die horizontalen Tangenten ergeben dabei Betriebspunkte (B) minimalen Kraftstoffverbrauchs bei konstant gehaltener Kraftstoffmenge und veränderlicher zugeführter Luftmenge, während die senkrechten Tangenten im Schnittpunkt mit der jeweiligen Drehmonentkurve zu Betriebspunkten (A) konstanter angesaugter Luftmenge und sich verändernder Kraftstoffmenge führen.

Um den Betrieb der Brennkraftmaschine auf die Betriebspunkte A (bzv;_e die Betriebspunkte B) einregeln au können, wird gemäß einem Merkmal vorliegender Erfindung so vorgegangen, daß jeweils während einer Kurbelwellenumdrehung einer bestimmten Teilzylinderanzahl_; bei einem Vierzylinder-Motor etwa zwei Zylindern und bei einem Sechszylinder-Motor etwa drei Zylindern, ein deutlich mageres Kraftstoffluftgemisch, also eine im Verhältnis geringere Kraft-

(bzw._r erhöhte Luftmenge)
stoffmenge/zugeführt Wird als den übrigen; in der jeweils darauf-folgenden Kurbelwellenumdrehung wird dann diesen Arbeitszylindern ein hierzu fetteres Gemisch zugeführt» Nach vorstehendem gilt die Darstellung der Fig. 2 für beide Möglichkeiten, d.h. bei Regelung auf minimalen Kraftstoffverbrauch (Punkt B) gel-

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ten die in Klammern gesetzten Ausdrücke der Figur 2 .

Befindet sich bei einer solchen Drehzahl synchronen Modulation der zugeführten Kraftstoffmenge die Brennkraftmaschine in einem nichtleistungsoptimalen Bereich, dann erhält man ein Δ M , wobei dieser Wert AM =0 ist, wenn die Maschine leistungsoptimal betrieben wird, man hat dann auch einen leistungsoptimalen TV -Wert erreicht.

Die praktische Realisierung zur Modulierung der zugeführten Kraftstoffmengen kann beispielsweise durch entsprechend unterschiedliche Einspritzmengen von jeweils zwei Ventilgruppen bei einer Benzineinspritzung erreicht werden, man kann jedoch auch unterschiedliche Ventilquerschnitte, verschiedene Magnetisierungsströme für elektrisch betriebene Ventile, unterschiedliche Kraftstoffdruckniveaus oder Ventilöffnungszeiten vorsehen, wobei sämtliche diese Veränderungen drehzahls ynchron durchgeführt werden.

Mißt man den sich bei einer Modulierung ergebenden Drehmomentunterschied AM , so läßt sich dieser dann zur Bestimmung einer Veränderung des Modulationsmittelpunktes und Verschiebung desselben in den leistungsoptimalen Bereich verwenden.

Hierauf wird weiter unten in Verbindung mit der Darstellung der Figur 3 noch eingegangen, zunächst sei jedoch noch darauf hingewiesen, dafi>, wie auch der Figur 2 entnommen werden kann, die aus der Drehmomentänderung gewonnenen Signale eine Phasenverschiebung von 18ο ° aufweisen, je nach dem, ob man sich links oder rechts vom

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Drehmoment-Maximum M_. befindet. Moduliert man beispielsweise zunächst mit einem ^ω^.¹ links vom Drehmoment-Maximum, do.nn erhält nan, wie die zum Zwecke der Verdeutlichung in Figur 2 als sinusförmige Modulationsschwingungen gezeigten Kurvenverläufe darstellen, bei einer Anfettung oder einem Größerwerden der pro Zeiteinheit zugeführten Kraftstoffnenge einen Drehmomentanstieg, wie sich durch Spiegelung der Modulationskurven an der Drehmomentkurve ergibt, während man bei einer Modulation in Sichtung fett rechts vom Maximun der Drehmomentckurve einen Drehmomentabfall bewirkt (4I₁I₁ 1)

Es versteht sich, daß bei einem praktischen Ausführungsbeispiel die Modulation rechteckförmig oder doch im wesentlichen rechteckförmig erfolgt, wie weiter vorn schon erwähnt,, Vergleicht man die Modulationssignale mit den sich ergebenden Drehmomentveränderungen bzw. multipliziert man diese Modulationssignale, die bei der Darstellung der Figur 2 einer Änderung der Kraftstoffmengen in Richtung fett-mager entsprechen, mit der sich daraus ergebenden Drehmonentänderung (Zunahme oder Abnahme), dann gewinnt man das Vorzeichen der Regelabweichung, d.h. man ist in der Lage festzustellen, ob man sich mit seiner Modulation links oder rechts vom Maximum der Drehmomentkurve in Figur 2 befindet. Die Häufigkeit der dabei anfallenden Vorzeichen dient dann dazu.den Betriebspunkt optimal einzuregeln.

In entsprechender Weise wird bei der Regelung kraftstoffverbrauchs-minimaler Betriebspunkte (Punkt B in Figur 1) vorgegangen, wobei hier jedoch eine Modulation der den jeweils ausgewählten Arbeitszylindern sugeführten Luftmengen anstelle unterschiedlicher Kraftstoffmengen er-

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folgt. In diesem Falle ergeben sich Λ-Werte, die bei einen Δϊ-ί = 0 einem minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch entsprechen.

In diesen Falle sind den Zylindern in aufeinanderfolgenden Kurbelwellenuindrehungen unterschiedliche Luftmengen susufuhron, was beispielsweise durch Zusammenfassung entsprechender Saugrohre erzielt v/erden kann, so daß sich ein System mit mehreren, beispielsweise zwei Drosselklappen ergibt. Diese können dann entweder unterschiedliche Durchmesser aufweisen und parallel bewegt v/erden oder über ein Gestänge so verbunden werden, daß die Durchsatzmengen die gewünschte Differenz aufweisen, v/enn beispielsweise die Durchmesser gleich sind. Da die Brennkraftmaschine die von ihr benötigte Luftmenge ansaugt, erfolgt diese Ansaugung ohnehin drehzahls ynchron. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine getrennte Saugrohrstutsen mit Drosselklappen aufweisen, wobei die unterschiedlichen Luftmengen ebenfalls durch verschiedene Drosselklappendurchraesser erzielt werden können.

Zur Durchführung einer solchen Regelung bedient man sich der Schaltung nach Figur 3, wobei die Drehmomentschwankungen Δ M der Brennkraftmaschine dadurch erfaßt werden, daß ein induktiver Geber 1 vorgesehen ist, der durch den Vorbeilauf einer Marke 2 an der Kurbelwelle 3 beaufschlagt wird und seinen dadurch entstehenden Impuls einer Impulsformerstufe if zuführt, die beispielsweise einen Rechteck-Impuls an ihrem Ausgang erzeugt und diesen einer Steuerlogik 5 zuführt. Die Steuerlogik erzeugt aus der am Ausgang der Impulsformerstufe L eine Mehrzahl von Signalimpulsfolgen gleicher Frequenz, jedoch entsprechend ver-

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schobener Phase, die einer Auswerteschaltung 6 zugeführt werden, die aus der der Umlaufseit der Kurbelwelle entsprechenden Signalimpulsfolge jeweils das Vorzeichen zweier aufeinanderfolgender Umlaufzeiten der Kurbelwelle ermittelt.

Im einzelnen wird hierzu wie folgt vorgegangen. Die primäre Signalimpulsfolge A, deren Frequenz der Kurbelwellendrehzahl proportional ist, wird der in Figur l\ im einzelnen dargestellten Steuerlogikschaltung 5 zugeführt, die aus zwei hintereinander geschalteten monostabilen Multivibratoren 1o und 11 besteht.

Allgemein ausgedrückt ist es Aufgabe der Steuerlogikschaltung 5/eine Anzahl von in ihrer Phase derart zueinander versetzter, auf die primäre Impulsfolge A bezogene weitere Impulsfolgen zu erzeugen und der Auswerteschaltung 6 in der Weise zuzuführen, daß diese in die Lage versetzt wird, verschiedene, aufeinander abgestimmte Schalt- und Arbeitsvorgänge durchzuführen, um neben einer zweifachen Differenzierung auch einen Vorzeichenvergleich der Änderungen zweier aufeinanderfolgender Umlaufzeiten der Kurbelwelle durchzuführen. Die Primär-Irnpulsfolge A des Impulsformers L\. wird daher einem ersten monostabilen Multivibrator 1o zugeführt, der an seinem Ausgang eine um die Dauer der Impulsbreite der primären Impulsfolge A phasenverschobene Impulsfolge B erzeugt. Das gleiche geschieht mit der Impulsfolge 3, mit \velcher der nachgeschaltete monostabile Multivibrator 11 angesteuert wird, der an seinem Ausgang die ebenfalls im Impulsdiagramm der Figur 5 gezeigte Ausgangs-Impulsfolge E erzeugt. Durch entsprechende Kombination der Impulsfolgen A, B und E werden

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dann noch zwei weitere Impulsfolgen G und D gewonnen, und zwar indem man jeweils die beiden Impulsfolgen A und 3 bzw. B und E Nor-Gattern 12 und 13 zuführt, die, wie leicht einzusehen ist, an ihrem Ausgang die entsprechenden Impulsfolgen erzeugen. Als Impulsfolge A dient die primäre Impulsfolge der Impulsformersclialtung 4 selbst,

Im Grunde ist Art und Aufbau der von der Steurlogik 5 gelieferten Impulsfolgen nicht von besonderer Bedeutung, wesentlich ist nur, daß diese phasenverschoben und so ausgebildet sein müssen, daß zwei Arbeits-Impulsfolgen und zwei Schalt-Impulsfolgen (für den Betrieb der Auswerteschaltung 6) erzeugt werden müssen, wobei die Schalt-Iispulsfolgen, hier dargestellt durch die Impulsfolgen C und D, zu den Arbeits-Impulsfolgen A und 3 bzw. E in Gegentakt liegen müssen, wie weiter unten noch erläutert.

Die Auev/erteschaltung der Figur 6 hat folgenden Aufbau. An eine Sägezahnstufe 1 4 schließt sich ein erster Differenzierer 15 und ein zweiter Differenzierer 16 an, dessen Ausgangssignal schließlich einer Vergleichsschaltung 17 zugeführt wird. Der Ausgang 18 der Auswerteschsltung gelangt dann auf den einen von drei Eingängen der nachgeschalteten Regelschaltung 8.

Die Sägezahnstufe 14 besteht im einfachsten Fall aus einen, über einen 7/ider stand 21 mit einer Versorgungsspa.nnung verbundenen Kondensator 22, dem ein Schalter 23 parallel geschaltet ist, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Halbleiter-Schaltelement, nämlich als Fehldefekt-Transistor ausgebildet ist. Da auch die weiteren in der Auswerteschaltung 5 verwendeten Schaltelemente

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als Feldeffekt-Transistoren ausgebildet sind, werden diese im folgenden ebenfalls als Feldeffekt-Transistoren bezeichnet, es versteht sich aber, daß im Grunde ,jeder beliebige geeignete Schalter Verwendung finden kann.

Der Feldeffekt-Transistor 2.J> wird angesteuert von der um die Breite eines Impulses gegenüber der primären Impulsfolge A phasenverschobenen Impulsfolge B; bei Eintreffen jeweils eines Impulses wird der Feldeffekt-Transistor 23 leitend und bildet einen Entladestrompfad für den Kondensator 22, der sich bei Sperrung des Feldeffekt-Transistors 23, also bei Abwesenheit eines Impulses der Impulsfolge B über den Widerstand 21 auf eine Spannung auflädt, deren Amplitude bestimmt ist durch den Abstand von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der Impulsfolge B. Man sieht, daß sich diese Spannungshöhe am Kondensator 22 daher proportional zur Uniaufzeit der Kurbelwelle der zu regelnden Brennkraftmaschine verhält.

Kurz bevor dann der Feldeffekt-Transistor 2.3 durch das Eintreffen des nächsten B-Impulses wieder leitend geschaltet wird, trifft, wie man dem Impulsdiagramm der Figur 5 entnehmen kann, am Feldeffekt-Transistor 2/f ein Impuls der Impulsfolge A ein, wodurch der diesem Feldeffekt-Transistor 24 nachgeschaltete Kondensator 25 des ersten Difforensierers 15 praktisch mit dem einen Anschlußpunkt des Kondensators 22 verbunden wird. Dieser Kondensator weist jedoch, herrührend von dem vorhergehenden Zyklus eine vorgegebene Spannung auf, so daß sich ein auf die Modulation und damit auf die erzeugte syste-

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matische Laufunruhe zurückzuführender Differenzstroiii ergibt, der über den Kondensator 26 fließt, der dem Operationsverstärker 27 des ersten Differenzierers 15 parallel geschaltet ist. Anders ausgedrückt differenziert die Reihenschaltung des Kondensators 25 und des nachgeschalteten Widerstandes 28 die Spannungsdifferenz über den beiden Kondensatoren 22 und 25, wobei das vom Kondensator 26 gebildete Integral über den fließenden Strom dem differenzierten Spannungsimpuls proportional ist. Die Verstärkung der jeweils verwendeten Operationsverstärker wird als ausreichend groß angenommen.

Wie man den Impulsdiagramm der Figur 5 entnehmen kann, ist ein parallel zum Kondensator 2b liegender Feldeffekt-Transistor 29 während der Zeit des Auftretens der A- und B-Impulse gesperrt, so daß die Ladung des Kondensators 26 noch solange erhalten bleibt, bis erneut ein B-Impuls eintrifft, der, vile eingangs schon erläutert, den Kondensator 22 der Sägezahnstufe entlädt und gleichzeitig durch Leitendschalten eines dem ersten Differenzierer 15 nachgeschalteten Feldeffekt-Transistors 31 das einmal differenzierte und im Kondensator 26 gespeicherte Signal auf einen weiteren Differenzier-Kondensator 32 überleitet, der Teil des zweiten Differenaierers 16 ist, der im Aufbau identisch zum ersten Differenzierer 15 ausgebildet ist. Es wiederholt sich daher im zweiten Differenzierer dann auch der mit Bezug auf den ersten schon ausführlich beschriebenen Vorgang, es ergibt sich wiederum ein Differenzstrom, der über einen dem Kondensator 32 nachgeschalteten Widerstand 33 in einem parallel zum Operationsverstärker 3k des zweiten Differenzierers geschalteten Kondensators 35 gespeichert wird, dem seinerseits ein fünfter Feldeffekt-Transistor 36 parallel geschaltet ist.

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Dieser Feldeffekt-Transistor 36 wird von der D-Impulsfolge angesteuert, die zum Zeitpunkt des Vorhandenseins eines B-Impulses und danit bei Übergabe und Differenzierung des Potentials am Kondensator 26 auf den Kondensator 35 durch Leitendschalten des Feldeffekt-Transistors 31 negatives oder tiefliegendes Potential führt und den Feldeffekt-Transistor 36 sperrt. Sobald dann der B-Impuls beendet ist, nimmt auch die C-Impulsfolge wieder positives Potential an (und zwar bis zum Eintreffen des nächsten A-Impulses, so daß der Feldeffekt-Transistor 29 bis zu diesem Zeitpunkt leitend bleibt und einen Strompfad parallel zum Kondensator 26 ausbildet und diesen daher stets vollkommen entladen hält und auch gegen Störeinflüsse jeglicher Art schützt.

Die Schaltung der Figur 6 leistet daher folgendes. Je nach dem_f ob jeweils bei Eintreffen eines Α-Impulses die Spannung am Kondensator 22 oder am Kondensator 25 überwiegt, was mit anderen Worten heißt, daß die soeben beendete Uralaufseit mit der vorhergehenden Umlaufzeit der Kurbelwelle verglichen wird, ergibt sich ein Differenzstromfluß in der einen oder anderen Richtung, der in den Speicherkondensatoren 26 und 35 jeweils zu proportionalen Spannungen umgewandelt wird, die bei ihrer übergabe an die nächste Stufe noch einem Differenziervorgang unterworfen werden. Man gewinnt daher einmal am Ausgang der Vergleichsschaltung 17 eine Aussage über das Vorzeichen der Änderungen zweier aufeinanderfolgender Umlaufzeiten der Kurbelwelle und zum anderen gelingt es aufgrund der doppelten Differenzierung alle Störeinflüsse einschließlich der'gleichförmigen Beschleunigungen oder Verzögerungen (und nur diese treten beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges praktisch auf) heraussufiltern, so daß

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die

die Auswerteschaltung 6 ausschließlich auf die Modulation zurückzuführende Beschleunigungsänderungen der Kurbelwelle reagiert.

Das &m Ausgang der Vergleichsschaltung 17 anstehende Plus- öder .Minus. -Signal, das digital auch als 0 oder L bezeichnet werden kann, wird dann, wie schon erwähnt, einem ersten Eingang 2o der Regelschaltung 8 der Figur 7 zugeführt; der Regler umfaßt eingangsmäßig zunächst zwei Speicherschaltungen, die auch die Form bistabiler MuItivibratoren haben können und auf deren tatsächlichen Aufbau nicht weiter eingegangen zu werden braucht. Die beiden Speicherschaltungen sind mit dem Bezugszeichen 38 und 39 gekennzeichnet und dienen im wesentlichen dazu, die am Eingang 2o der Regelschaltung anliegende und das Vorzeichen der jeweiligen Laufzeitänderung darstellende Spannung zum gleichen Zeitpunkt einem nachgeschalteten Multiplizierer ^o zuzuführen, wie dies mit der dem zweiten Eingang 21 der Regelschaltung zugeführten Modulationsspannung geschieht, die als Digital-Signal auf den Eingang der Speicherschaltung 39 gelangt und deren Pegel die zeitliche Abfolge der "mageren" bzw. "fetten" Arbeits-Zylinder kennzeichnet. Bei der am Eingang 21 zugeführten Spannung handelt es sich daher um eine altanierende Signalfolge mit der Periodendauer 2 · T, d.h. mit einer Frequenz von der halben Drehzahl und kann auf verschiedene Weise gewonnen werden, beispielsweise aus der Zündspannung oder aus einer systemeigenen Spannung, wenn beispielsweise ohnehin eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzung vorliegt. In Figur 3 ist dies allgemein mit dem Bezugszeichen L] gekennzeichnet.

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Die gleichseitige Suführung der an diesen beiden Eingängen 2o und 21 anliegenden oignalspannungen erfolgt durch Zuführung der Impulsfolge Ξ an die beiden Setneingänge der Speicher 38 und 39, diese Impulsfolge Ξ liegt ohnehin als Ausgang den zweiten monostabilen Multivibrators 11 der Steuerschaltung 5 vor.

V/ie man sieht, wird dadurch das Signal des Kondensators 35 über die Vergleichsschaltung 17 auf den Speicher 38 übernommen, bevor der Feldeffekt-Transistor 36 von der D-Impulsfolge wieder hohes Potential zum Leitendwerden sn. ge führ t b ekomm t.

Der Digita.l-Multij>li.~ierer ij-o, dor beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer: exklusiven ODSR-Gatter besteht, liefert ara AusganG des ilulitplisierers l+o "Hull", v;enn beide Ein^än^e gleich sind und "Eins", wenn diese unterschiedlich sind. In vorliegenden Fall bedeutet eine "Hull" eineii Betriebspunkt links (rechts) vom Leisttmgsoptimur.1 und "Eins¹¹ einen Betriebspunkt rechts (links) vor.: Leistungsoptißun, Dieses Signal v/ird in einem nachgeschalteten Integrator l±\ dann noch integriert, so daß der Integrator den Befehl "Anfetteiv⁵ oder je nachdem "Abiaa?ern" entsprechend der Häufigkeit der auftretenden Signals liefert» Die Ausgangsspannung des Integrators Zt 1 wird nur dann im ivesentlichen ^?rIi:ll⁵² sein, sofern^ -nenn man znr Darstellung dor Figur 2 zurückkehrt, die Modulation mit einem £n,_ durch geführt üird^ welches um gleiche Beträge rechts und links τοπ Leisti!ng3-=Ma::iau;n liegt, se daß A H = O ist_o Das Ausgangssignal des Integrators Zj-1 kann in entsprechender V/eise in die i-Iultiplisisrstufe einer elek=· tronischen Bensineinspr-itsung eingreifen, es kann aber auch in anderer üblicher Weise einem Stellglied sur Durchführung

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der weiter vorn schon erwähnten Befehle zugeführt v/erden.

Durch entsprechende elektronische Manipulationen an der Schaltung ist es möglich, auch andere als die leistungs- oder verbrauchsoptimalen Betriebspunkte zu regeln, beispielsweise wenn Abgasforderungen erfüllt werden müssen. Es sind auch Kombinationen von Regelverfahren für die alternative Regelung der Betriebspunkte A und B entsprechend Figur 1 denkbar.

Eine Variante entsprechend den weiter vorn schon erläuterten Kriterien zur leistungsoptimalen Regelung durch Verstellung des Zündwinkels ist schließlich noch in den Figuren 8 und 9 dargestellt.

Die Figur 8 zeigt ein zur Darstellung der Figur 2 analoges Diagramm einer Drehmomentkurve bei konstanter Drehzahl in Abhängigkeit von einer Änderung des Zündwinkels tC^ · Aufgrund der vorherigen Ausführungen ist die Darstellung der Figur 8 ohne weiteres verständlich; regelt man in einem Zündwinkelbereich mit einem Zündwinkel-Modulationshub von AtC *2> ergibt sich ein entsprechendes AM ; moduliert man mit AoCn, dann ist M . = M „ und der Zündwinkel oC<7 ist leistungsoptimal„

Auch hier liegt also eine systematische Modulation des Zündwinkels um einen WertÄoC vor, der beispielsweise /f - 8 ° KW betragen kann; mit Hilfe der weiter vorn schon im grundsätzlichen erläuterten Extremwertregelung erzielt man dann einen leistungsmaximalen und gleichzeitig kraftstoff verbrauchs-minimalen Zündwinkel. Man berücksichtigt mit einem solchen Regelverfahren die Abhängigkeit des optimalen Zündwinkels von Drehzahl, Saugrohr druck, Motortern-

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peratur und weiteren motortechnischen Gegebenheiten. Unterschiedlich zur weiter vorn besprochenen Regelung zum leistunrrsoptinalen Betrieb durch Verändern der zugeführten Luft- oder Kraftstoffmenge ist bei der Zündwinkeloptimierung lediglich, daß die Modulationsfrequenz f_m

f Drehz der allgemeinen Funktion f_m = folgt, die im übri-

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gen in dieser allgemeinen Form auch mit der Zahl 2 anstelle von 4 im Nenner für das weiter vorn angegebene Regelverfahren Gültigkeit besitzt. Diese Fassung der Modulationsfrequenz, bei der η eine ganze Zahl ist, kann, besonders bei Unsymmetrien, die beim Betrieb einer Brennkraftmaschine auftreten, beispielsweise ungleichmäßige Füllung einzelner Motorzylinder, angewendet werden, um diese zu unterdrücken.

Da bei einem Vierzylindermotor sämtliche Zündkerzen erst nach Vollendung von zwei Kurbeli/zellenumdrehungen gezündet haben, wird zur Gewinnung der Modulationsfrequenz die Drehzahlfrequenz (f Drehzο = ⁿ/6o), wenn man von η = 1 ausgeht, ¹^ den Faktor 4 herabgesetzt, so daß man zu einer Modulationsfrequenz von f = ⁿ/24o gelangt. Es versteht sich, daß hier jede beliebige Anpassung möglich ist.

Die Darstellung der Figur 9 stellt die Steuerlogik für den Fall der Zündwinkeloptimierung dar, man erkennt sofort, daß wesentliche Teile der Schaltung der Figur 3 bzw. der nachfolgenden Figuren 4 bis 7 ebenfalls vorhanden sind, sie sind auch mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Unterschiedlich ist lediglich, daß zur Herabsetzung auf die hier im speziellen Fall benötigte Modulationsfrequenz zwei zusätzliche bistabile Kippstufen 45 und 46 vorgesehen sind und das Ausgangssignal des Integrators 41 der

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Regelschaltung 8 sowohl den Modulations- als auch den Korrekturanteil enthält und direkt in eine elektronische Zündverstelleinrichtung eingreift, also die gesamte Information für den Zündwinkel liefert»

Das System der Figur 9 ist in sich geschlossen, denn über die zv;eite Untersetzerstufe des bistabilen Multivibrators oder der bistabilen Kippstufe if6 wird über die Verbindungsleitung 47 und den Widerstand if8 dem einen Eingang des als Integrator geschalteten Operationsverstärkers am Ausgang der Regelschaltung das Modulationssignal augeführt, das Korrektursignal wird dem Integrator durch den in Fig. 9 unten dargestellten Schaltungs teil zugeführt, auf deren Funktion und Aufbau im einzelnen nicht eingegangen zu v/erden braucht, da dieser in wesentlichen identisch mit dem weiter vorn schon beschriebenen ist.

Geringfügig unterschiedlich ist lediglich, daß die die Ausv/erteschaltung steuernden Impulsfolgen zwar ebenfalls durch die Reihenschaltung zweier monostabiler Kultivibratoren 1o und 11 aus der einen Ausgangsimpulsfolge der ersten

zusätzlichen bistabilen Kippstufe 45 gewonnen werden, hier ,jedoch in etwas anderer Kombination, wobei lediglich wesentlich ist_} daß die Ansteuerung der den Inhalt der Kondensatoren 26 und 35 jeweils löschenden Feldeffekt-Transistoren 29 und 36 iiß Gegs-ntakt zu den das Signal weiterleitenden Feldeffekt-Transistoren 24 und 31 g®-* schient. Bei de?;: Ausführungsbeispisl der Figur 9 wird auch noch der komplementäre Ausgang des letzten monostabilen Multivibrators 11 ausgenutzt _f daher kann hier auf- eines der !Tor-Gatter der Steuerschaltung der Figur 4 verzichtet werden und man kommt nit einem einzigen Hor-Qatter 5o aus»

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Eine Modulation des Zündwinkels kann andererseits aber auch erfolgen durch eine gewollte Unsymmetrie des Nockens des Zündverteilers, durch einen Eingriff auf die Grundeinstellung des Zündverteilers, beispielsweise durch ein Schrittschaltwerk, durch einen Linearmagneten bei mechanischen Zündverteiler oder durch Einwirkung auf ein elektrisch arbeitendes Verstellsystem.

Ergänzend sei im ganzen noch darauf hingewiesen, daß in FaIle das η > 1 ist, gegebenenfalls ein besonderer Eingriff für die Modulation erforderlich ist, 3ei der Möglichkeit der elektrischen Realisierung eines solchen Eingriffs, beispielsweise bei elektrischer Zündverstellung oder bei elektrischer Kraftstoffeinspritzung zur Kraftstoffmengenveränderung ist dies einfacher als bei notwendig werdenden mechanischen Eingriffen, beispielsweise wenn die zugeführte Luftmenge verändert v/erden soll, was man jedoch gegebenenfalls mit Hilfe eines Magnetventils parallel zur Drosselklappe erzielen könnte.

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Claims

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Patentansprüche:

1. ) Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine auf unter den jeweils gegebenen Betriebsbedingungen maximale

, minimalen Kraftstoffverbrauch , / Leistung bzw.yTöptimierungsverfanren; durcn oszillierendes Verändern von Maschinenvariablen (zugeführte Kraftstoffnenge, Zündv/inkel, zugeführte Luftmenge oder dergleichen) und Abtastung der sich dadurch ergebenden relativen Veränderung der Maschinenfunktionen, beispielsweise der Kurbelwellenreaktion und entsprechendem Nachführen des Schv/ingungsmittelpunktes der Maschinenvariablen in Abhängigkeit zu einem durchgeführten Vergleich, dadurch gekennzeichnet, daß die oszillierende Veränderung der jeweiligen Maschinenvariablen mit zur Maschinendrehzahl synchronen Modulationsfrequenz (f = f Drehs.) erfolgt und zur optimalen Einstellung der Maschinenvariablen die Kurbe1-v/ellenbeschleunigungsänderung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenfunktion bevorzug induktiv an der Kurbelwelle abgetastet und zur Eliminierung, von Störeinflüssen zweimal differenziert wird und das so gewonnene Signal einen Phasenvergleich mit dem Modulationssignal zugeführt v;ird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aufgrund der vorgenommenen Modulation ändernde Urnlaufzeit der Kurbelwelle durch eine Marke an dieser induktiv erfaßt und das so gewonnene Signal

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im Takt der Drehzahlfrequenz unter Differenzierwirkung in einer Kondensatoren enthaltenden Schal— tungskette weitergeschoben und dabei jeweils mit dem aus der vorhergehenden Kurbelwellenumdrehung gewonnenen Signalinhalt verglichen wird.

Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine auf unter den jeweils gegebenen Betriebsbedingungen optimale Leistung durch oszillierendes Verändern von Kaschinenvariablen (zugeführte Kraftstoffmenge, Zündwinkel, zugeführte Luftmenge oder dergleichen) und Abtastung der sich dadurch ergebenden relativen Veränderung der Maschinenfunktionen und entsprechendem Nachführen des Schwingungsmittelpunktes der Maschinenvariablen in Abhängigkeit zu einem durchgeführten Vergleich zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3_} dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (5) vorgesehen ist, die ein drehzahlsynchrones, vorzugsweise durch Abtastung der Kurbe1-wellenumlaufzeit gewonnenes Signal in eine Anzahl von zueinander phasenverschobener Signalfolgen (A, B, C, D, Ξ) aufteilt und einer Auswerteschaltung (6) zuführt, der eine Regelschaltung (8) nachgeschaltet ist, die außerdem das Modulationssignal zugeführt erhält.

Vorrichtung nach Anspruch Zf» deidurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung einer Marke (2) der Kurbelwelle (3) ein induktiver Geber (1) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal über eine Impulsformerstufe (if) dem Eingang der Steuerschaltung (5) zugeführt ist»

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung aus mindestens zwei hintereinandergeschalteten monostabilen Multivibratoren (1o, 11) besteht, deren jeweilige, gegebenenfalls an komplementären Ausgängen gewonnene Impulsfolgen (A, B, C, D, E) zur Ansteuerung der nachgeschalteten Auswerteschaltung (6) dienen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der von der Steuerschaltung (5) gelieferten Impulsfolgen (C, D) zu den anderen Impulsfolgen komplementär verlaufen bzw« im Gegentakt arbeiten.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Zf bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei im Gegentakt schaltenden Impulsfolgen (C, D) Speicherkondensatoren (26, 35) der Auswerteschaltung (6) parallel geschalteten Schaltern (Feldeffekt-Transistoren 29, 36) zugeführt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der mindestens zwei im Gegentakt schaltenden Impulsfolgen (C, D) jeweils Eingang und Ausgang je eines der monostabilen Kippstufen (1o, 11) der Steuerschaltung ein Nor-Gatter (12, 13) beaufschlagen, an dessen negierten Ausgang die Impulsfolgen (C, D) gebildet sind.

1o. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Af bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Ausgangswertes, dessen Vorzeichen jeweils der Änderung zweier auf-

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einander folgender Umlauf zeiten der Kurbelv/elle (3) entspricht, die Auswerteschaltung aus einer Sägezahnstufe (14) besteht, in r/elcher ein Kondensator (22) proportional zur Umlaufzeit aufgeladen wird und der zwei Differenzierstufen (15» 16) nachgeschaltet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (22) der Sägezahnstufe (I4) über einen Widerstand an einer Ladespannungsquelle liegt und parallel zu ihm ein von einer der Impulsfolgen (B) der Steuerschaltung (5>) in den Abständen der Umlaufzeiten der Kurbelwelle leitend gesteuertes Halbleiterschaltelement, bevorzugt Feldeffekt-Transistor (23) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1o oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (22) der Sägezahnstufe (14) über ein weiteres, von einer zur ersten Impulsfolge (3) zeitlich verschobenen Impulsfolge (A) gesteuertes Halbleiterschaltelement (Fehldefekt-Transistor 24) an die differenzierenden Reihenschaltung eines weiteren Kondensators (25) und eines Wi-

ist

derstandes (28) schaltbar aer eine löschbare Speicherschaltung nachgeschaltet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die löschbare Speicherschaltung aus einem Kondensator (2.6) parallel zu einem von einer dritten Impulsfolge (C) gesteuerten Halbleiterschaltelement (Feldeffekt-Transistor 29) besteht, wobei zum Kondensator (26) ein Operationsverstärker (27) parallel geschal-

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tet ist, derart, daß ein sich durch die Verbindung der beiden Kondensatoren (22 und 25) ergebender Differenzstrom als Spannung im Speicherkondensator (26) abbildbar ist.

1if. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche if bis 13> dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Differenzierstufe (15) eine zweite identische Differenzierstufe zur Elirninierung auch von auf gleichförmige Beschleunigungen zurückgehende Laufzeitunterschiede nachgeschaltet ist, deren Speicherkondensator (35) von einer vierten Impulsfolge (D) zur Löschung über einen Feldeffekt-Transistor (35) ansteuerbar ist und deren Arbeitsfeldeffekt-Transistor(31) zur Weiterleitung des Signals eine der ersten Impulsfolge (B) identische Impulsfolge zugeführt ist.

15e Vorrichtung nach einem der Ansprüche if bis 1 if, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Auswerteschaltung (6) von einer Vergleichsschaltung (Operationsverstärker 17) gebildet ist, deren Ausgang lediglich noch ein der Richtung der Laufzeitänderung proportionales Vorzeichensignal (O oder L) liefert.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche if bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung eines Phasenvergleichs das Ausgangssignal der Auswerteschaltung (6) und ein der Modulation proportionales Signal einer Multiplizierschaltung (ifo) zugeführt sind, der zur Integrierung der auftretenden Vorzeichen-Häufigkeit ein Integrator (if1) nach-

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geschaltet ist, dessen Ausgang auf ein Stellglied zur Bewirkung eines leistungsoptimalen Betriebs einwirkt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der als exklusives Oder-Gatter (ifo) ausgebildeten Multiplizierschaltung zur gleichzeitigen Beaufschlagung eine aus zwei bistabilen Kippstufen (38, 39) gebildete Speicherschaltung zugeordnet ist, wobei das Ausgangssignal der Auswerteschaltung der einen Speicherstufe (38) und das Modulationssignal der anderen Speicherstufe (39) zugeführt ist und die Setzeingänge beider Speicherstufen von einer der von der Steuerschaltung erzeugten Impulsfolgen" (E) beaufschlagt sind.

Ιδ. Vorrichtung nach einem-oder mehreren der Ansprüche if bis 17 zur Zündwxnkeloptimierung, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformerstufe zur Teilung der Drehzahlfrequenz zwei weitere bistabile Kippstufen (Zj.5, 1+6) nachgeschaltet sind, wobei das Ausgangssignal der ersten bistabilen Kippstufe der Steuerschaltung (5) zugeführt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem. der Multiplizier schaltung (^.0) nachgeschalteten Integrator das Ausgangssignal der zweiten bistabilden Kippstufe (46) an dessen einem Eingang zugeführt ist, derart, daß der Ausgang der Integratorstufe (2f1) sow.ohl den Modulations- als auch den Korrekturanteil unmittelbar enthält.

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