DE2604964A1

DE2604964A1 - Brennstoffeinspritzsystem fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2604964A1
Application number: DE19762604964
Authority: DE
Inventors: Junuthula Nirdosh Reddy
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-02-25
Filing date: 1976-02-09
Publication date: 1976-09-02
Also published as: CA1084143A; DE2604964B2; US4099491A; JPS51110133A; FR2302417B1; IT1055429B; GB1517622A; FR2302417A1; DE2604964C3

Description

BROSE⁰ "BROSE Kan a nrVNCC ^D· *"· DFVNCC ^D|P^|om Ingenieure

D-8023 München-Pullach, Wiener Ctr. 2; ^Tel. (C39) ^T 93 30 71; Te'9x 5!Ί21«7 bros d; Cables: «Patentibus» München

Ihr Zeichen: Tag: 9. Februar 1976

Yourref.: 531 3-A Date:

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan, 43075* USA

Brennst offeinsprit sssyst em für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft Brennstoffsteuersysteiie für Brennkraftmaschinen und insbesondere Systeme, bei denen Abgasfühler für die Steuerung und Aufrechterhaltung eines gewünschten Luft/BrennstoffVerhältnisses in einem Brennst offeinsprit zsyst em zur Anwendung gelangen·

In der deutschen Patentanmeldung P 23 36 558.4-13 ist ein System beschrieben, welches auf Signale anspricht, die kennzeichnend für das Vorhandensein oder Fehlen von Sauerstoff im Abgas der Maschine sind· Das Steuersystem wird dann so betrieben, daß ein Ausgangssignal erieugt wird und von einem Brennstoffabgaberegier empfangen wird, wodurch der Regler die Brennstoffabgabe bei Vorhandensein von Sauerstoffmolekülen erhöht und der Regler die Brennstoff abgabe bei Fehlen von Sauerstoffmolekülen vermindert. Der

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Hegler versucht somit, in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal die Brennstoffabgabe auf einem vorbestimmten Mischungspunkt zu halten, insbesondere auf dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffmischungspunkt .

In der deutschen Patentanmeldung P 24 13 227.2 ist ein Brennstoffsteuermechanismus in Form einer geschlossenen Schleife beschrieben, um die Luft/Brennstoffmischung zu steuern, die an eine Brennkraftmaschine abgegeben wird. Der Zweck dieses Systems besteht darin, die Rauhigkeit des Laufes der Maschine auf einen bestimmten Wert einzustellen bzw. zu regulieren, indem der Brennstoffabgabemechanismus so gesteuert wird, daß die Ha- j s chine auf dem magersten möglichen Luft/Brennst off mischungsverhältnis arbeitet, welches einem vorbestimmten Wert der Maschinenrauhigkeit bzw. des rauhen Laufes der Maschine entspricht .

Bei den meisten Systemen gelangt ein einzelner Fühler zur Anwendung, der auf ein bestimmtes Luft/Brennstoffverhältnis anspricht, um das System auf diesem Luft/Brennstoffverhältnis zu halten. Wenn, wie bereits erwähnt wurde, ein solcher Fühler aus einem Säuerstoffgasfühler eines bestimmten Typs besteht, so erzeugt dieser eine Stufensignalspannung bei einem bestimmten Luft/Brennstoffverhältnis, welche das stöchiometrische Verhältnis ist. Funktionsmäßig wird die Ausgangsgröße des Fühlers einer Integrierschaltung zugeführt, deren Ausgang hinsichtlich der Lade- und Entladezeiten symmetrisch ist, so daß dadurch der Brennstoffregler die Möglichkeit erhält, in gleicher Weise auf beiden Seiten des stöchiometrischen Punktes zu arbeiten. Um dieses System so abzuändern, daß es auf einem mageren Brennstoff/Luftverhältnis arbeitet, wird bei einem anderen System ein Multivibrator zur Anwendung gebracht, der den Brennstoffregler in die magere Zone für eine längere Zeitperiode treibt. Die Ausgangsgröße des Integrators in diesem System ist jedoch weiterhin symmetrisch, und die Regelgröße hängt strikt von der Zeitkonstanten des Multivibrators ab.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Brennst off einspritzsystem mit wenigstens einem elektrisch betätigten Brennstoffeinspritzventil geschaffen, um Brennstoff in eine Brennkraftmaschine einzuspritzen, wobei das System auf die Zusammensetzung des Abgases anspricht und ein vorbestimmtes mageres LuftZ Brennstoffverhältnis aufrechterhält. Das System umfaßt einen Abgasfühler, der im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordnet ist und auf eines der Gasbestandteile bei einem vorbestimmten Luft/Brennstoffverhältnis anspricht. Die Ausgangsgröße des Abgasfühlers entspricht einem von zwei Werten, um also das Vorhandensein oder Fehlen des Abgasbestandteils anzuzeigen. Ein Schwellenspannungsgenerator erzeugt ein elektrisches Signal zwischen den Ausgangswerten des Abgasfühlers. Die Ausgangsgröße des Fühlers und die Ausgangsgröße des Schwellenspannungsgenerators werden zu einer Vergleichsstufe übertragen, um als Ergebnis des Vergleichs ein Ausgangssignal zu erzeugen. Weiter ist an den Ausgang der Vergleichsstufe elektrisch eine Verzögerungsschaltung angeschlossen, die auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe anspricht und eine Änderung von einer fetten zu einer mageren Luft/Brennstoffmischung anzeigt. In Abhängigkeit von der Änderung erzeugt die Verzögerungsschaltung einen Steuerimpuls mit einer Zeitdauer proportional zum gewünschten mageren LuftZßrennstoffverhältnis. Weiter wird ein Paar von Sägezahngeneratoren als Stromversorgung verwendet, um eine bestimmte Strommenge nach deren Betätigung zuzuführen. Ein asymmetrischer Integrator mit zwei Eingängen, die jeweils den Strom von den zwei Sägezahngeneratoren empfangen, erzeugt ein elektrisches Auegangssignal mit einer positiv verlaufenden rampenförmigen Steigung und einer negativ verlaufenden rampenförmigen Steigung bzw. Abfall. Jede rampenförmige Steigung besitzt eine Zeitkonstante proportional zur Strommenge, die von einem der Sägezahngeneratoren zugeführt wird. In die Schaltung ist zwischen der Verzögerungsschaltung und dem Integrator eine Schaltereinrichtung eingeschleift, um die Strommenge zu steuern, die von einem der Sägezahngeneratoren dem Integrator zugeführt wird. Die Schaltereinrichtung spricht auf das Ausgangssignal an, welches von der Verzögerungsschaltung erzeugt

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wird, und wird während der Zeitperiode der Verzögerung betätigt. Die Ausgangsgröße des Integrators gelangt zu der Einspritzet euer einrichtung, um die Betriebszeit der elektromechanischen Einspritzvorrichtung zu steuern. Indem also die Ausgangswellenform des Integrators gemittelt wird bzw. ein Mittel-I wert gebildet wird, läßt sich ein vorbestimmtes mageres Luft/ j Brennstoffverhältnis beibehalten, und zwar unter Verwendung I eines stöchiometrisch ansprechenden Gasfühlers.

j Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie-I len unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems zur Steuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 einen schematischen Schaltplan des Hauptabschnitts des Systems von Fig. 1;

j Fig. 3 eine Darstellung der Spannungs- und Stromwellen-I formen an verschiedenen Punkten der Schaltung von

I Fig. 2;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Systems von Fig. 1, welches mehr für den Betrieb entsprechend eines mageren Luft/Brennstoffverhältnisses geeignet ist; !

Fig. 5 ein schematischer Schaltplan des Hauptabschnitts ! des Blockschaltbilds von Fig. 4; und j

Fig. 6 die Spannungs- und Stromwellenformen an verschiedenen Punkten des Stromlaufplans von Fig. 5.

I Gemäß den Figuren ist anhand der Bezugszeichen in Fig. 1 ein . Blockschaltbild eines Systems gezeichnet, um das Luft/Brenn-

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stoffverhältnis in einem Brennstoffeinspritzsteuersystem für eine Brennkraftmaschine 10 zu steuern. Obwohl bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die verwendete Maschine aus einer durch* Funken gezündeten Haschine besteht, so hängt das erläuterte System nicht von dem Maschinentyp ab, und es läßt sich ebenso gut eine kompressionsgezündete Maschine verwenden. Speziell gelangt bei dem System gemäß Fig. 1 ein Abgasfühler 12 zur Anwendung, der in dem Abgassystem einer Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist, um das Luft/Brennstoffverhältnis der Brennstoffmischung zu steuern, die dem Einlaßabschnitt der Brennkraftmaschine zugeführt wird.

Bas System gemäß Fig. 1 besteht aus einem Abgasfühler 12, der j in dem Abgassystem einer durch Funken gezündeten Brennkraftma- j

sehine 10 angeordnet ist und ein elektrisches Signal erzeugt, welches einen von zwei Spannungswerten in Abhängigkeit von einem Grasbestandteil in dem Abgas der Maschine erzeugt. Dieses ; elektrische Signal gelangt zu einem Eingang einer Vergleichs- I stufe 14· Der zweite Eingang der Vergleichsstufe 14 ist mit einer Schwellenspannungs-Generatoreinrichtung 16 verbunden. Die

Schwellenspannungs-Greneratoreinrichtung 16 erzeugt ein Span- | nungssignal zwischen den zwei Spannungswerten des Fühlers 12. j

Die Ausgänge der Vergleichsstufe 14 sind elektrisch mit einer Schaltereinrichtung 18 mit einem Operationsverstärker 20, der als Differenzverstärker arbeitet, und einem Schalttransistor 22 (Fig. 2) verbunden. Die Funktion der Schaltereinrichtung 18 besteht darin, einen der zwei Sägezahngeneratoren 24 und 26 auszuwählen und den ausgewählten Generator effektiv an den Eingang des Integrators 28 anzuschließen. Die Ausgangsgröße des Integrators 28 besteht aus einem sich ändernden Spannungssignal, welches zu einer Einspritzsteuereinrichtung 30 gelangt, um die Betriebszeit von mehreren Brennstoffeinspritzvorrichtungen der Maschine 10 zu steuern, so daß also die der j Maschine 10 an ihrem Einlaß zugeführte Brennstoffmenge geregelt j wird.

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Wenn die Maschine 10 die Brennst off mi schlang verbrennt, so wandert das sich ergebende Abgas durch das Abgassystem, und der gewünschte Gasbestandteil wird durch den Abgasfühler 12 erfaßt. Die Wanderzelt zwischen dem Zylinder und dem Fühler 12 soll im folgenden als Transportverzögerung bezeichnet werden. Das in Fig. 1 dargestellte System besteht somit aus einem Regelsystem entsprechend einer geschlossenen Regelschleife, um ein gewünschtes Luft/Brennstoffverhältnis aufrechtzuerhalten. Der Stromlaufplan gemäß Fig. 2 zeigt die elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen Blöcken von Fig. 1 vom Abgasfühler 12 über den Integrator 28. Die Wellenform des Ausgangssignals gemäß Fig. 3 D aus dem Integrator 28 von Fig· 2 gelangt zur Einspritzsteuereinrichtung 30 von Fig. 1.

Der Abgasfühler 12 von Fig. 2 erzeugt ein Signal (Fig. 3 A), das einen von zwei Spannungswerten besitzt, so daß der erste Spannungswert, bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der obere Spannungswert 32, das Fehlen der gewünschten Gaskomponente in dem Abgas anzeigt, welches an dem Fühler 12 vorbeistreicht. Der zweite oder niedrigere Spannungswert 34 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt das Vorhandensein des gewünschten Gases bzw. Gaskomponente in dem Abgas an. Bei dem Ausführungsbeispiel besteht der Abgasfühler 12 aus einem Säuerstoffgasfühler, so daß der erste Spannungswert 32 ein fettes Luft/Brennstoffgemisch wiedergibt, und der zweite Spannungswert 34 ein mageres Luft/Brennstoffgemisch anzeigt. Die Ausgangsspannung des Fühlers 12 schaltet zwischen den zwei Werten bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis um, oder wie in Fig. 3 gezeigt ist, λ = 1. Lambda, " , ist definiert als die dimensionslose Zahl, die gefunden wird, indem man das vorhandene Luft/Brennst off verhältnis durch das Luft/ Brennstoffverhältnis bei stöchiometrischen Bedingungen teilt.

Die Vergleichsstufe 14 umfaßt vier Transistoren 36 - 39, wobei der Fühler 12 elektrisch mit einem geerdeten Vorspannwiderstand 41 und der Basis 40 des ersten Transistors 36 verbunden ist, dessen Kollektor geerdet ist, und dessen Emitter elek-

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trisch mit der Basis des zweiten Transistors 37 verbunden ist. Der zweite Transistor 37 besitzt einen Emitter, der elektrisch über einen Widerstand 42 mit einer Spannungsquelle 44 verbunden ist und ebenso mit dem Emitter des dritten Transistors 38» und dessen Kollektor elektrisch mit dem Invertiereingang 46 des Operationsverstärkers 20 in der Schaltereinrichtung 18 verbunden ist. Wie sich aus den Wellenformen A und B der Pig. 3 entnehmen läßt, ist das Signal am Ausgang des Operationsverstärkers 20 im wesentlichen identisch mit dem Signal am Ausgang des Abgasfühlers 12; das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 20 ist jedoch verstärkt und in eine rechteckige Form gebracht .

Wie bereits an früherer Stelle angedeutet wurde, ist der andere Eingang der Vergleichsstufe 14 elektrisch mit der Sehwellenspannungs-Generatoreinrichtung 16 verbunden, die aus einem Spannungsteilernetzwerk aus zwei Widerständen 50 und 51 zum Erzeugen des Schwellenspannungssignals besteht. Die Ausgangsgröße des Schwellenspannungs-Generators 16 ist elektrisch mit dem vierten Transistor 39 gekoppelt. Speziell wird der Schwellenspannungswert von dem Paar der Widerstände 50 und 51 in dem Spannungsteilernetzwerk ausgewählt und wird über den vierten Transistor 39 zur Basis des dritten Transistors 38 geleitet, dessen Kollektor mit dem nichtinvertierenden Eingang 47 des Operationsverstärkers 20 verbunden ist. Typisch liegt die Schwellwertspannung zwischen den Werten des Signals des Abgasfühlers 12 und bei dem gewählten Ausführungsbeispiel bedeutet die Ausgangsgröße des Abgasfühlers 12 gleich 800 Millivolt bei einem reichen bzw. fetten Abgas und weniger als 200 Millivolt bei einem mageren Abgas, und das Schwellwertspannungssignal beträgt ca. 38Ο Millivolt.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 20 ist elektrisch über einen Widerstand 52 mit der Basis des Schalttransistors 22 verbunden, der über einen Vorspannwiderstand 53 mit Masse verbun- j den ist. Der Schalttransistor 22 ist nach Art einer geerdeten Emitterschaltung geschaltet, und wenn das Abgas reich oder

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fett ist, befindet sich der Transistor 22 im leitenden Zustand, und der Schalter wird betätigt.

Die Sägezahngeneratoren 24 und 26 arbeiten derart, daß sie die erforderlichen Stromgrößen I₁ und I₂ an vorbestimmte Eingänge des Integrators 28 in Abhängigkeit von der Qualität des Abgases, welches von dem Fühler 12 erfaßt wird, liefern. Gemäß Fig. 2 schickt der zweite Sägezahngenerator 26 seinen Ausgangsstrom Ip zum nichtinvertierenden Eingang 54 des Operationsverstärker-Integrators 28, und der erste Sägezahngenerator 24 schickt seinen Ausgangsstrom I.. zum invertierenden Eingang 56 des Integrators 28. Die gesamte von den zwei Sägezahngeneratoren gelieferte Strommenge I₁ + I₂ wird durch einen Spannungsteiler 58 im Basiskreis eines kollektorgeerdeten Transistors 60 in einer Generatorstromversorgung 62 gesteuert. Der Emitter des Transistors 60 ist elektrisch über einen Widerstand 64 mit der Stromversorgungsquelle 44 und ebenso elektrisch mit einem Paar von Widerständen 65 und 66 in dem ersten und dem zweiten Sägezahngenerator 24 und 26 verbunden. Der erste Widerstand 65 ist elektrisch mit dem invertierenden Eingang 56 des Integrators verbunden, um den Strom I₁ zuzuführen, während der zweite Widerstand 66 elektrisch mit dem Kollektor des Schalttransistors 22 verbunden ist. Vom Verbindungspunkt des zweiten Widerstands 66 und des Kollektors des Schalttransistors 22 geht ein veränderbarer Widerstand 70 ab, um den Strom I₂ zuzuführen, und dieser Widerstand führt zum nichtinvertierenden Eingang 54 des Integrators 28. Der veränderbare Widerstand 70 erzeugt einen einstellbaren Strombereich I₂ für ein mageres Brennstoffgemisch und er ändert, wie dies noch an späterer Stelle gezeigt werden soll, die Steigung der nach oben verlaufenden Rampenspannung von Fig. 3D.

Gemäß Fig. 2 ist der Spannungsteiler 58 mit der Basis des Transistors 60 in der Sägezahngenerator-Versorgung 52 verbunden und steuert die Geschwindigkeit der zwei Sägezahngeneratoren 24 und 26. Ein vollständig auf hohe Lastbedingungen oder hohe Luftströmungsbedingungen ansprechendes Steuersignal kann

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von der Generatorversorgung 62 in den Transistor 60 gekoppelt werden und dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit beider Sägezahngeneratoren zu ändern und trotzdem die gewünschte Asymmetrie aufrechtzuerhalten, da das Verhältnis zwischen den Strömen I₁ und I₂ das gleiche bleibt. Umgekehrt kann bei Vorhandensein eines Niedriglastzustandes oder einer Bedingung entsprechend einer geringen Luftströmung ein an den Transistor 60 gekoppeltes Steuersignal dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit der beiden Sägezahngeneratoren 24 und 26 herabzusetzen, indem die gesamte Strommenge I₁ + I₂ von der Generatorversorgung 62 reduziert wird. Wie bereits an früherer Stelle j angedeutet wurde, steuert der Spannungsteiler 58 die Geschwin- | digkeit des Sägezahngenerators. Der Widerstand 65 steuert die ! Steigung der Ausgängsgröße des Integrators 28 beim Betrieb ! entsprechend einer fetten Brennstoffmischung, und die Widerstände 66 und 70, die elektrisch mit dem nichtinvertierenden Eingang des Integrators verbunden sind, steuern die Steigung I der Ausgangsgröße des Integrators 28 bei einem Betrieb entspre- ) chend einer mageren Brennstoffmischung. Darüber hinaus ist bei ! dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der gesamte Widerstands- ' wert, der elektrisch zwischen den Emitter des Transistors 60 der Generatorversorgung 62 und den invertierenden Eingang 56 des Integrators 28 geschaltet ist, größer als die Summe der Widerstandswerte der zwei Widerstände 66 und 70, die elektrisch mit dem nichtinvertierenden Eingang 54 des Integrators 28 ver- I bunden sind. Wenn die Schaltereinrichtung 18 betätigt wird, so ist die Eingangsgröße, die über den veränderlichen Wider- j stand 70 dem nichtinvertierenden Eingang 54 zugeführt wird, im j wesentlichen auf Massepotential, und I₂ beträgt im wesentlichen null, und weiter bewirkt der stetige Strom I₂ in Pig. 2, daß die Steigung der Ausgangsgröße des Integrators 28 negativ wird.

Im folgenden soll nun anhand der Pig. 3 die Betriebsweise der Schaltung gemäß Pig. 2 erläutert werden. Auf der oberen linken Seite von Pig. 3 ist eine typische Kurve 72 der Ausgangsspannung des Abgasfühlers gezeigt, und zwar für verschiedene Luft/

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BrennstoffVerhältnisse, ausgedrückt in Ausdrücken von Lambda ⁿ λ ^H. Die Kurve 72 ist der Übersichtlichkeit halber im Gegenuhrzeigersinn um 90 ° gedreht. Der SpannungsSchwellenwert 74, der bei der Kurve gezeigt ist, ist für alle Fühler, ungeachtet des Alters oder der internen Eigenschaften, anwendbar und schneidet die Kurve bei den stöchiometrischen Bedingungen oder, wie auf der Kurve gezeigt ist, bei λ = 1.

Das System gemäß den Fig. 1 und 2 ist speziell für den Betrieb der Maschine bei einem Luft/Brennstoff verhältnis von )\ = 0,995 geeignet, welches leicht gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis reicher ist. Diese h -Bedingung stellt ein begünstigtes Luft/Brennstoffverhältnis für katalytische Wandler dar, wie diese in Abgassystemen verwendet werden.

Gemäß der Wellenform D von Fig. 3, die funktionell die Ausgangsgröße des Integrators 28 wiedergibt, ist die obere positi- j ve oder Ladesägezahn-Zeitkonstante wesentlich länger als die j untere, negative oder Ent1ade-Sägezahnzeitkonstante. Die Aus- ^: gangsgröße des Integrators 28 ist somit asymmetrisch, da die ^: Lade- und Entladezeiten in der Kapazität 76 stark unterschied- j lieh sind. Bei der Wellenform D von Fig. 3 arbeitet der obere Punkt der rechteckförmigen Wellenform in der mageren Zone des Luft/Brennstoff Verhältnisses der Kurve. Unter Verwendung der horizontal verlaufenden Linie, welche wiedergibt η = 0,995, ist die Fläche unter den Kurven der zwei Rechtecke gleich groß, so daß man ein mittleres Luft/Brennstoff verhältnis erhält, welches niedriger ist als das stöchiometrische Luft/Brennstoffverhältnis; oder mit )i « 0,995 beträgt das Luft/Brennstoffverhältnis weniger als 14,8, was nahezu das stöchiometrische Luft/Brennst off verhältnis ist.

Die Wellenform D von Fig. 3 stellt das Ergebnis der Verarbeitung des Signals dar, welches von dem Abgasfühler 12 erzeugt wurde und durch die Schaltungsanordnung verarbeitet wurde und am Ausgang des Integrators 28 erscheint. Die Wellenform A stellt die Ausgangsspannung des Abgasfühlers 12 dar, der auf

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eine Eigenschaft des Abgases anspricht, welches durch das System hindurch und am Fühler 12 vorbeiströmt. Die Wellenform B entspricht im wesentlichen der Spannungswellenform am Ausgang des Operationsverstärkers 20 in der Schaltereinrichtung 18 und entspricht im wesentlichen der Wellenform am Ausgang des Abgasfühlers 12, ausgenommen der erfolgten Formgebung und Verstärkung. Die Hauptfunktion des Operationsverstärkers 20 besteht darin, als eine Beschleunigungs- und Formgebungseinrichtung zu arbeiten, so daß also dessen Ausgangsgröße bei im wesentlichen dem Schwellenwert 74 des Fühlers 12 schaltet. Die Wellenform C ist die Wellenform der Ausgangsspannung der Schaltereinrichtung 18 und stellt das Inverse der Wellenform B dar. Befindet sich der Schalttransistor 22 im leitenden Zustand, so liegt die Spannung am Punkt C in Fig. 2 im wesentlichen auf Erdpotential, und der Strom I₂ beträgt im wesentlichen null. Wenn der Transistor 22 nichtleitend ist, so ist der Strom I₂ größer als der Strom I₁. Wenn I₂ = 2 I₁, dann ist die Ausgangsgröße des Integrators 28 symmetrisch, wobei jedoch bei allen anderen Werten von I₂ der Integratorausgang asymmetrisch ist.

Beim Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 2 bestimmt die einem der Eingänge des Integrators zugeführte Strommenge die Ausgangskennlinie des Integrators. Wenn der Strom I₂ null ist, so entlädt der Strom I₁ effektiv die Kapazität 76. Der Stromfluß durch die Kapazität 76 erfolgt vom invertierenden Eingang 56 über die Kapazität 76 zum Ausgang des Integrators 28. Dies führt dazu, daß die Ausgangsspannung des Integrators 28 abfällt oder eine nach unten verlaufende rampenförmige Spannung oder Spannung mit negativer Steigung erzeugt.

Wenn jedoch der Strom I₂ gleich ist mit I₂ + Δ I_1f so versucht der Integrator 28, die Eingangsströme auf null abzugleichen, und es fließt dann der Δ I₁-Strom, um die Kapazität 76 zu laden, und weiter steigt die Ausgangsspannung des Integrators an oder erzeugt eine nach oben zu verlaufende rampenförmige Spannung oder Spannung mit positiver Steigung. Im Endergebnis

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fließt der Strom Δ I-i ^vom Ausgang des Integrators 28 über die Kapazität 76 zum Invertiereingang 56.

Die Boden- oder untere Wellenform von Fig. 3 besteht aus einer graphischen Darstellung der Ströme I₁ und Ig. Es läßt sich erkennen, daß der Strom I₁ immer konstant ist, und daß der Strom I₂ aus einem pulsierenden Strom besteht. Bin weiteres Merkmal besteht darin, daß der Strom Ig» wenn er fließt, immer größer ist als der Strom I₁.

Fig. 4 zeigt nun ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Systems gemäß Fig. 1, wobei ähnliche Blöcke wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel wird die Ausgangsgröße der Yergleichsstufe 14 zu einer Verzögerungsschaltung 78 geführt, in welcher ein Steuerimpulssignal für die Betätigung der Schaltereinrichtung 18 erzeugt wird. Die Verzögerungsschaltung 78 spricht auf das von der Ver-I gleichsstufe 14 erzeugte Signal an, wenn der Abgasfühler 12 eine Änderung des Brennstoffgemisches von einem fetten zu einem. mageren Luft/Brennstoffgemisch feststellt. Gemäß der Wellen- j form B von Fig. 6 schaltet, wenn die Wellenform A bzw. die WeI-i lenform des Abgasfühlers 12 den Schwellenspannungswert 80 wäh- j rend eines Übergangs von einer fetten zu einer mageren Mi— j schung kreuzt, die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 14 von einem Spannungswert zu einem weniger positiven Spannungswert oder nahezu auf Massepotential. Dadurch wird der erste Transistor 82 der Verzögerungsschaltung 78 aus seinem leitenden Zustand herausgetrieben, und eine Kapazität 84 erhält die Möglichkeit, sich über ihren ladewiderstand 86 auf die Spannung der Stromversorgung 44 aufzuladen. Dies ist in der Wellenform C von Fig. 6 veranschaulicht. Wenn die Spannung an der Ka~ pazität 84 sich der Versorgungsspannung nähert, treibt sie den zweiten Transistor 88 der Verzögerungsschaltung 78 aus dem leitenden Zustand heraus, so daß dadurch die Spannung von der Basis des Schalttransistors 90 entfernt wird. Das funktionelle oder Betriebsergebnis des Einbaus der Verzögerungsschaltung in die Schaltungsanordnung besteht darin, den Betrieb der Maschi- i

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ne 10 in dem mageren Brennstoffmisehungsbereich der Kurve für eine längere Zeitperiode fortzusetzen, bevor die Brennstoffmessung in eine reichere oder fettere Mischungsrichtung verändert wird. Dies ist in der Wellenform P von Fig. 6 veranschaulicht, wobei das Ergebnis des Betriebes dieser Ausführungsform darin besteht, die Brennkraftmaschine 10 mit einer mittleren mageren Luft/Brennstoffmischung zu betreiben, wobei gleichzeitig ein stöchiometrisch aktivierter Fühler 12 verwendet wird, und indem im Abstand befindliche Zeitabschnitte der Luft/Brennstoffmischung die Möglichkeit erhalten, zum reicheren oder fetteren Bereich zu gelangen.

Bei beiden Ausführungsbeispielen, entweder gemäß Fig. 1 oder gemäß Fig. 4, und wie sich auch aus den Ausgangswellenformen des Integrators 28 ergibt, existiert eine bestimmte Zeitperiode, die als Transportverzögerung bezeichnet ist und der Zeit entspricht, die benötigt wird, damit die in den Einlaß der Mar· schine 10 eingespritzte Brennstoffmenge und das resultierende Abgas den Abgasfühler erreicht, der im Abgassystem der Maschine angeordnet ist. Wenn, insbesondere unter Hinweis auf die Wellenform D von Fig. 3, die Ausgangsgröße des Integrators 28 die stöchiometrischen Punkte schneidet, so setzt der Integrator seinen Betrieb für eine Zeitperiode fort, bis der Fühler die geänderte Brennstoffmessung feststellt. Diese Zeitperiode ist die Transportverzögerung und sie ist sowohl in der Ladeais auch Entladesteigung der Integratorausgangsgröße des Sy- j stems gemäß Fig. 1 oder desjenigen gemäß Fig. 4 vorhanden. Es läßt sich somit durch Steuerung der Stromeingangsgrößen zu : einem Integrator sowohl die Lade- als auch Entladezeit der in- j tegrierenden Kapazität verändern und damit auch der Mittelwert der Ausgangsspannung des Integrators variieren. Diese absichtliche Steuerung des Integrators führt zu einer Änderung der Eigenschaften des Integrators von einem symmetrischen zu einem asymmetrischen Integrator. Durch richtige Steuerung läßt sich irgendeine gewünschte mittlere Brennstoff /Luftmischung bzw. -verhältnis unter Verwendung eines Fühlers erreichen, der eine stufenförmige Ausgangscharakteristik bei nur einem bevorzugten

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Luft/Brennst of fverhältni s, wie dem stöchiometrischen Verhältnis, besitzt.

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

j Die Erfindung schafft somit ein Brennstoffsteuersystem für eine Brennkraftmaschine, wobei das System einen stöchiome- ; trisch ansprechenden Grasfühler im Abgassystem verwendet, der ! ein elektrisches Signal an einen asymmetrischen Integrator ^: liefert, und wobei dieses System das gewünschte Luft/Brennstoff verhältnis für die Maschine steuert und aufrechterhält. ; Hit Hilfe dieses Systems läßt sich ein Luft/Brennstoffverhältnis aufrechterhalten, welches geringfügig reichhaltiger oder fetter ist als das stöchiometrische Verhältnis für eine optimale katalytische Konverterbetriebsweise. Pur jedes magere Luft/ ; Brennstoffverhältnis tritt in dem System eine Verzögerungs- ! schaltung in Tätigkeit, um die Zeit fortzusetzen, während wel- ^; eher die Brennst off mischung sich in einem mageren Zustand be- ' findet, bevor die Mischung kontrollierbar in eine fette Mi- _; schung für die Abtastung durch den Fühler geändert wird.

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Claims

Patentansprüche

Brennstoff einsprit zsyst em in Form einer geschlossenen Schleife für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem elektrisch betätigten Brennstoffeinspritzventil für die Brennstoffeinspritzung in die Maschine, einem Steuersystem, welches auf die Zusammensetzung des Abgases in dem Abgassystem der Maschine anspricht, um das Luft/Brennstoffverhältnis der der Maschine mit einer Steuerspannung zugeführten Brennst off mischung zu steuern bzw. zu regeln, mit einer Einspritzet euer einrichtung, die auf die Steuerspannung des Steuersystems zur Steuerung der Betriebszeit des Brennstoffeinspritzventils anspricht, wobei das Steuersystem folgende Einrichtungen enthält: einen im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordneten Abgasfühler, der auf ein Bestandteil j der Abgase bzw. eine Abgaskomponente anspricht, um ein Si- !

gnal mit einem ersten Spannungswert zu erzeugen, der eine I

um ein Signal j erste Eigenschaft des Gases wiedergibt und/mit einem zweiten₍ Spannungswert zu erzeugen, welches eine zweite Eigenschaft des Gases anzeigt; eine schwellwertspannungerzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines Signals mit einem zwischen dem j ersten und dem zweiten Spannungswert liegenden Spannungspe— | gel; eine Vergleichsstufe zum elektrischen Vergleich des | Signals des Abgasfühlers mit dem Signal aus der die j Schwellwertspannung erzeugenden Einrichtung, die ein Aus- j gangssignal als Ergebnis des Vergleichs erzeugt; und einen der Vergleichsstufe zugeordneten Integrator, der das · ! Steuersignal erzeugt, dadurch gekenn- ' zeichnet , daß ein erster und ein zweiter Sägezahn-i generator (24, 26) vorgesehen ist, die jeweils ein erstes und ein zweites rampenförmiges elektrisches Zeitsteuersignal erzeugen; und daß der Integrator (28) auf das erste rampenförmige elektrische Zeitsteuersignal anspricht und ein positiv verlaufendes rampenförmiges Ausgangssignal mit einer ersten Zeitkonstanten erzeugt, und auf das zweite rampenförmige elektrische Zeitsteuersignal anspricht, um ein negativ gerichtetes rampenförmiges Ausgangssignal mit einer

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zweiten Zeitkonstanten zu erzeugen; und daß eine Schaltereinrichtung (18) vorgesehen ist, die auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (14)» welches die erste Eigenschaft der Gaskomponenten wiedergibt, anspricht, um effektiv den Ein— gang des Integrators (28) mit dem ersten Sägezahngenerator (24) zu verbinden, und die auf das zweite Ausgangssignal der Vergleichsstufe (14)» welches die zweite Eigenschaft der Graskomponenten wiedergibt, anspricht, um effektiv den Eingang des Integrators (28) mit dem zweiten Sägezahngenerator (26) zu verbinden.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vom Abgasfühler (12) erzeugte Spannungswert ein fettes Luft/Brennstoffgemisch anzeigt, und daß der zweite vom Abgasfühler (12) erzeugte Spannungswert ein mageres Luft/ Brennstoffgemisch anzeigt, und daß die Ausgangsspannung des Fühlers bei der stöchiometrischen Luft/Brennstoffmischung schaltet bzw. springt.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (28) einen Operationsverstärker enthält, der elektrisch für den Empfang eines ersten Stromsignals vom ersten Sägezahngenerator (24) an seinen invertierenden Eingangsan— Schluß (56) geschaltet ist und ebenso elektrisch zum Empfang eines zweiten Stromsignals vom zweiten Sägezahngenerator (26) an seinem nichtinvertierenden Eingangsan-Schluß (54) geschaltet ist und der eine integrierende Kapazität (76) enthält, die elektrisch zwischen den invertierenden Eingangsanschluß (56) und den Ausgang (D) des Operationsverstärkers angeschlossen ist, so daß das erste Stromsignal ein Entladungs-Ausgangssignal und das zweite Stromsignal ein Ladeausgangssignal hervorruft.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Stromsignal größer ist als das erste Stromsignal.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Größe des zweiten Stromsignals ungleich ist zweimal der Größe des ersten Stromsignals zum Vorsehen von ungleichen ! Lade- und Entladezeitkonstanten, so daß die Ausgangsgröße J des Integrators (28) asymmetrisch ist.

j
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die j j Schaltereinrichtung (18) einen Schalttransistor (22) ent- I I hält, der auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (14)

■ anspricht und der den Ausgang des zweiten Sägezahngenera- j I tors (26) elektrisch an Masse legen bzw. erden kann.

j 7· System nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, ι daß eine Verzögerungsschaltungsanordnung (78) vorgesehen \ ist und elektrisch an die Vergleichsstufe (14) gekoppelt • ist und auf das Ausgangssignal derselben anspricht, welches ' eine Änderung von einer fetten zu einer mageren Luft/Brenni stoff mischung anzeigt, um einen Steuerimpuls mit einer Zeit ! dauer zu erzeugen, die proportional zum gewünschten mageren ! Luft/Brennstoffverhältnis ist, daß weiter die Schaltereinj richtung (18) auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (14) anspricht, welches eine Änderung von einer mageren j zu einer fetten Brennstoff mischung anzeigt, um den Eingang j des Integrators (28) an den ersten Sägezahngenerator (24) i anzuschalten, und die auf den Steuerimpuls der Verzögerungs j schaltungsanordnung (78) anspricht, um den ersten Sägezahngenerator (24) elektrisch mit dem Integratoreingang für die Dauer des Steuerimpulses angeschlossen zu halten und um dann den Eingang des Integrators (28) mit dem zweiten Sägezahngenerator (26) zu verbinden bzw. anzuschalten.

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