DE2604964C3 - Brennstoffeinspritzsystem in Form einer geschlossenen Schleife für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem 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 Brennstoffmischung zu regeln, mit einer Einspritzsteuereinrichtung, 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 einen Bestandteil der Abgase anspricht, um ein Signal mit einem ersten Spannungswert zu erzeugen, der eine erste Eigenschaft des Gases wiedergibt und um ein Signal mit einem zweiten Spannungswert zu erzeugen, welches eine zweite Eigenschaft des Gases anzeigt; eine eine Schwellenwertspannung erzeugende liinrichtung zum Vorsehen eines Signals mit einem zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungswert liegenden Spannungs-

pegel; eine Vergleichsstufe zum elektrischen Vergleich des Signals des Abgasfühlers mit dem Signal aus der die Schwellenwertspannung erzeugenden Einrichtung, die ein Ausgangssignai als Ergebnis des Vergleichs erzeugt; einen der Vergleichsstufe zugeordneten Integrator, der die Steuerspannung erzeugt, und eine auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe ansprechende Schaltereinrichtung.

Ein derartiges Brennstoffeinspritzsystem entspricht einem älteren Vorschlag gemäß der Deutschen Offenlegmgsschrift 24 42 229. Dieses Brennstoffeinspritzsystem stellt ebenfalls einen Regelkreis mit Integralverhalten dar, um das einer Brennkraftmaschine zugeführte Luft/Brennstoffgemisch mit Hilfe einer im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsonde zu beeinflussen. Mit Hilfe dieses Regelsystems soll bei einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung die Luftzahl lambda von 0,95-1,05 regelbar gemacht werden. Um dies zu realisieren wird die Sieuerspannung der Sauerstoffsonde einer Vergleichsstufe eingegeben, deren Ausgang am Eingang einer Integrierstufe und einer elektronischen Schaltungsanordnung liegt, die eine monostabile Kippstufe enthält und bei einem Spannungssprung am Ausgang der Vergleichsstufe für eine bestimmte einstellbare Zeit, und zwar der Standzeit der monostabilen Kippstufe, die Umschaltung der Integrierstufe verzögert, wobei die Integrierstufe über eine elektronische Steuereinrichtung ein Stellglied zur Veränderung des Luft/Brennstoffverhältnisses beeinflußt.

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 23 51 944 ist ein Brennstoffeinspritzsystem mit einem mit einer Benzinleitung mit konstantem Druck verbundenen elektromagnetischen Ventil und einer Recheneinheit zum Erzeugen eines Einspritzimpulssignals zum Bestimmen der Öffnungszeit des elektromagnetischen Ventils bekannt, wobei die Menge des Benzins durch die Recheneinheit gesteuert wird, um sie an die verschiedenen Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors anzupassen. Dabei soll die Aufgabe gelöst werden, ein Brennstoffeinspritzsystem mit einer Rückkopplung des Brennstoff-Luftgemisches zu schaffen, wobei die Konzentration von Sauerstoff, der in den Abgasen enthalten ist, erfaßt werden soll, so daß die Dauer der Erregung der elektromagnetischen Ventile in Abhängigkeit von dem gemessenen Ausgang korrigiert wird, um dadurch den Motor mit pinem vorbestimmten Brennstoff-Luftgemisch zu betreiben.

Zu diesem Zweck enthält dieses bekannte System einen Sauerstoffkonzentrations-Detektor zum Messen der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen des Motors, einen Luft-Benzin-Verhältnis-Unterscheidungskreis, der mit dem Sauerstoffkonzentrations-Detektor verbunden ist, um sein Ausgangssignal mit einem vorbestimmten Wert zwecks Unterscheidung zu vergleichen, eine Schaltung zur Erzeugung eines Probeentnahmesignals, das eine vorbestimmte Frequenz aufweist, einen Additions- und Subtraktiunsbefehlskreis, der mit der das Probesignal erzeugenden Schaltung und bo dem Luft-Benzin-Verhältni *'nterscheidungskreis verbunden ist, um die Operation der Addition oder Subtraktion entsprechend dem Ausgangssignal des Luft-Benzin-Verhältnis-Unterscheidungskreises jedesmal in Gang zu setzen, wenn ein Probeentnahmesignal hierauf aufgebracht wird, einen reversiblen Zähler, der mit dem Additions- und Subtraktionsbefehlskreis verbunden ist, um die Operation der Addition oder Subtraktion bezüglich seiner Zählung entsprechend dem Ausgangssignal des Additions- und Subtraktionsbefehlskreises vorzunehmen, und enthält ferner Korrekturmittel für die Ventilöffnungsdauer, die mit dem reversiblen Zähler verbunden rind, wobei die öffnungsd&uer des elektromagnetischen Ventils entsprechend der Zählung des reversiblen Zählers gesteuert wird, um das Ausgangssignal des Luft-Benzin-Verhältnis- Unlerscheidungskreises umzukehren.

Mit Hilfe dieses bekannten Brennstoffeinspritzsystems kann zwar das Luft/Brennstoffverhältnis verändert werden, und zwar von dem fetten Bereich in den mageren Bereich, jedoch nicht auf der Grundlage einer Feineinstellung und einer genauen Regelung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Brennstoffeinspritzsystem der eingangs definierten Art derart zu verbessern, daß eine Feineinstellung des Luft/Brennstoffverhältnisses der Brennkraftmaschine auf einen gewünschten Wert möglich wird.

Ausgehend von dem Brennstoffeinspritzsystem der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste und eine zweite Einrichtung zur Einstellung der Steigung jeweils einer von dem als asymmetrischer Integrator arbeitenden Integrator abwechselnd erzeugten, die Steuerspannung bildender, rampenförmig zunehmenden Spannung und einer rampenförmig abnehmenden Spannung vorgesehen ist, wobei die Steigung der zunehmenden und der abnehmenden Spannung unterschiedlich ist, und daß die Schaltereinrichtung, wenn sie auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe entsprechend der ersten Eigenschaft des Gases anspricht, einen Eingang des Integrators an die erste Einrichtung anschaltet, und wenn sie auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe entsprechend der zweiten Eigenschaft des Gases anspricht, einen anderen Eingang des Integrators an die zweite Einrichtung anschaltet.

Die Einstellung der Steigung erfolgt dabei durch die Summenwirkung zweier Ströme und mit Hilfe einer dem Integrator zugeordneten Kapazität

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 7.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild des Systems zur Steuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine;

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

F i g. 3 eine Darstellung der Spannungs- und Stromwellenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung von F i g. 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;

F i g. 5 einen schematischen Schaltplan des Hauptabschnitts des Blockschaltbilds von F i g. 4 und

F ί g. 6 die Spannungs- und Stromwellenformen an verschiedenen Punkten des Stromlaufplans von F i g. 5.

Gemäß den Figuren ist anhand der Bezugszeichen in F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems gezeichnet, um das Luft/Brennstoffverhältnis für eine Brennkraftmaschine 10 zu steuern. Obwohl bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die verv/endete Ma-

schine aus einer durch Funken gezündeten Maschine besteht, so hängt das erläuterte System nicht von dem Maschinentyp ab, und es läßt sich ebensogut eine kompressionsgezündete Maschine verwenden. Speziell gelangt bei dem System gemäß F i g. 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.

Das System gemäß F i g. 1 besteht aus einem Abgasfühler 12, der in dem Abgassystem einer durch Funken gezündeten Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist und ein elektrisches Signal erzeugt, welches einen von zwei Spannungswerten in Abhängigkeit von einem Gasbestandteii in dem Abgas der Maschine erzeugt. Dieses elektrische Signal gelangt zu einem Eingang einer Vergleichsstufe 14. Der zweite Eingang der Vergleichsstufe 14 ist mit einer Schwellenspannungs-Generatoreinrichtung 16 verbunden. Die Schwellenspannungs-Generatoreinrichtung 16 erzeugt ein Spannungssignal zwischen den zwei Spannungswerten des Fühlers 12.

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, eine der zwei Einrichtungen 24 und 26 auszuwählen und die ausgewählte Einrichtung 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 Brennstoffeinspritzventilen der Maschine 10 zu steuern, so daß also die der Maschine 10 an ihrem Einlaß zugeführte Brennstoffmenge geregelt wird.

Wenn die Maschine 10 die Brennstoffmischung verbrennt so wandert das sich ergebende Abgas durch das Abgassystem, und der gewünschte Gasbestandteil wird durch den Abgasfühler 12 erfaßt Die Wanderzeit zwischen dem Zylinder und dem Fühler 12 soli im folgenden als Transportverzögerung bezeichnet werden. Das in F i g. 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 F i g. 1 vom Abgasfühler 12 über den Integrator 28. Die Wellenform des Ausgangssignals gemäß F i g. 3D aus dem Integrator 28 yon Fig? gelangt τιιγ F.inspritystP'JPrpinrichtun'⁷ 30 von F i g. 1.

Der Abgasfühler 12 von Fig.2 erzeugt ein Signal (F i g. 3A), 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 Sauerstoffgasfühler, 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 F i g. 3 gezeigt ist, A=I. Lambda (λ) ist definiert als die dimensionslose Zahl, die gefunden wird, indem man das vorhandene Luft/Brennstoffverhältnis 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

ίο ersten Transistors 36 verbunden ist, dessen Kollektor geerdet ist, und dessen Emitter elektrisch 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 F i g. 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 re^Mcckige Form gebracht

\Vie bereits an früherer Stelle angedeutet wurde, ist der andere Eingang der Vergleichsstufe 14 elektrisch mit d^r Schwellenwertspannungs-Generatoreinrichtung 16 verbunden, die aus einem Spannungsteilernetzwerk aus zwei Widerständen 50 und 51 zum Erzeugen der Schwellenwertspannung besteht. Die Ausgangsgröße des Schwellenwertspannung-Generators 16 ist elektrisch mit dem vierten Transistor 39 gekoppelt. Speziell wird die Schwellenwertspannung von dem Paar der Widerstände 50 und 5! in dem Spannungsteilernetzwerk ausgewählt und wird über den vierten Transistor 39 zu Basis des dritten Transistors 38 geleitet, dessen Kollektor mit dem nichtinvertierenden Eingang 47 des Operationsverstärkers 20 verbunden ist. Typisch liegt die Schwellenwertspannung zwischen den Werten des Signals des Abgasfühlers 12 und bei dem gewählten Ausführungsbeispiel bedeutet die Ausgangsgröße des Abgasfühlers 12 gleich SOO millivolt bei einem reichen bzw. fetten Abgas und weniger als 200 Millivolt bei einem mageren Abgas, und die Schwellenwertspannung beträgt ca. 380 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 verbunden ist Der Schalttransistor 22 ist nach Art einer geerdeten Emitterschaltung geschaltet und wenn das Abgas reich oder fett ist befindet sich der Transistor 22 im leitenden Zustand, und der Schalter wird betätigt

Die Einrichtungen 24 und 26 arbeiten derart daß sie die erforderlichen Stromgrößen I\ und k an vorbestimmte Eingänge des Integrators 28 in Abhängigkeit von der Qualität des Abgases, welches von dem Fühler 12 erfaßt wird, liefern. Gemäß Fi g. 2 schickt die zweite Einrichtung 26 seinen Ausgangsstrom h zum nichtinver-

bo tierenden Eingang 54 des Integrators 28, und die erste Einrichtung 24 schickt seinen Ausgangsstrom 1\ zum invertierenden Eingang 56 des Integrators 28. Die gesamte von den zwei Einrichtungen gelieferte Strommenge I\ + h 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 StromversorgungEquelle 44 und

ebenso elektrisch mit einem Paar von Widerständen 65 und 66 in der ersten und der zweiten Einrichtung 24 und 26 verbunden. Der erste Widerstand 65 ist elektrisch mit dem invertierenden Eingang 56 des Integrators verbunden, um den Strom h 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 ansteigenden rampenförmigen Spannung von F i g. 3D.

Gemäß Fig.2 ist der Spannungsteiler 58 mit der Basis des Transistors 60 in der Stromversorgung 52 verbunden und steuert die Arbeitsgeschwindigkeit der zwei Einrichtungen 24 und 26. Ein vollständig auf hohe Lastbedingungen oder hohe Luftströmungsbedingungen ansprechendes Steuersignal kann von der Stromversorgung 62 in den Transistor 60 gekoppelt werden und dazu verwendet werden, die Arbeitsgeschwindigkeit beider Einrichtungen 24 und 26 zu ändern und trotzdem die gewünschte Asymmetrie aufrechtzuerhalten, da das Verhältnis zwischen den Strömen /1 und h 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 Arbeitsgeschwindigkeit der beiden Einrichtungen 24 und 26 herabzusetzen, indem die gesamte Strommenge /1 + I₂ von der Stromversorgung 62 reduziert wird. Wie bereits an früherer Stelle angedeutet wurde, steuert der Spannungsteiler 58 die Arbeitsgeschwindigkeit der Einrichtungen 24 und 26. Der Widerstand 65 steuert die Steigung der Ausgangsgröße 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 der Ausgangsgröße des Integrators 28 bei einem Betrieb entsprechend einer mageren Brennstoffmischung. Darüber hinaus ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der gesamte Widerstandswert, der elektrisch zwischen den Emitter des Transistors 60, der Stromversorgung 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 mii dem nichtinvertierenden Eingang 54 des Integrators 28 verbunden sind. Wenn die Schaltereinrichtung 18 betätigt wird, so ist die Eingangsgröße, die über den veränderlichen Widerstand 70 dem nichtinvertierenden Eingang 54 zugeführt wird, im wesentlichen auf Massepotential, und I₂ beträgt im wesentlichen Null, und weiter bewirkt der stetige Strom I₂ in F i g. 2, daß die Steigung der Ausgangsgröße des Integrators 28 negativ wird.

Im folgenden soll nun anhand der Fig.3 die Betriebsweise der Schaltung gemäß Fig.2 erläutert werden. Auf der oberen linken Seite von F i g. 3 ist eine typische Kurve 72 der Ausgangsspannung des Abgasfühlers gezeigt, und zw^r für verschiedene Luft/Brenn-Stoffverhältnisse, ai. ς Ji kt in Ausdrücken von Lambda »λ«. 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 F i g. 1 und 2 ist speziell für den Betrieb der Maschine bei einem Luft/Brennstoffverhältnis von λ = 0,995 geeignet, welches leicht gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis reicher ist. Diese λ-Bedingung stellt ein begünstigtes Luft/Brennstoffverhältnis für katalytische Wandler dar, wie diese in Abgassystemen verwendet werden.

Gemäß der Wellenform D von F i g. 3, die funktionell die Ausgangsgröße des Integrators 28 wiedergibt, ist die obere positive oder Auflage-Zeitkonstante wesentlich länger als die untere, negative oder Entiade-Zeitkonstante. Die Ausgangsgröße des Integrators 28 ist somit asymmetrisch, da die Lade- und Entladezeiten der Kapazität 76 stark unterschiedlich sind. Bei der Wellenform D von F i g. 3 arbeitet der obere Punkt der rechteckförmigen Wellenform in der mageren Zone des Luft/Brennstoffverhältnisses der Kurve. Unter Verwendung der horizontal verlaufenden Linie, welche wiedergibt λ = 0,995, ist die Fläche unter den Kurven der zwei Rechtecke gleich groß, so daß man ein mittleres Luft/Brennstoffverhältnis erhält, welches niedriger ist als das stöchiometrische Luft/Brennstoffverhältnis; oder mit λ = 0,995 beträgt das Luft/Brennstoffverhältnis weniger als 14,8, was nahezu das stöchiometrische Luft/Brennstoffverhältnis ist.

Die Wellenform D von F i g. 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 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 ßdar. Befindet sich der Schalttransistor 22 im leitenden Zustand, so liegt die Spannung am Punkt C in F i g. 2 im wesentlichen auf Erdpotential, und der Strom I₂ beträgt im wesentlich Null. Wenn der Transistor 22 nichtleitend ist, so ist der Strom I₂ größer als der Strom /1. Wenn I₂ = 2/j, 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 F i g. 2 bestimmt die einem der Eingänge des Integrators zugeführte Strommenge die Ausgangskennlinie des Integrators. Wenn der Strom I₂ Null ist, so entlädt der Strom /1 effektiv die Kapazität 76. Der Stromfluß durch die Kapazität 76 erfolgt vom invertierenden ^ igang 56 über die Kapazität 76 zum Ausgang des Integrators 28. Dies führt dazu, daß die Ausgangsspannung des Integrators 28 abfällt oder eine ndch unten verlaufende

rampenförmige Spannung oder Spannung mit negativer Steigung erzeugt

Wenn jedoch der Strom I₂ gleich ist mit h + AI\, so versucht der Integrator 28, die Eingangsströme auf Null abzugleichen, und es fließt dann der ,d/i-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 fließt der Strom AI_x vom Ausgang des Integrators 28 über die Kapazität 76 zum Invertiereingang 56.

Die untere Wellenform von F i g. 3 besteht aus einer graphischen Darstellung der Ströme /i und I₂. Es läßt sich erkennen, daß der Strom /i immer konstant ist, und daß der Strom I₂ aus einem pulsierenden Strom besteht. Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß der Strom /2, wenn er fließt, immer größer ist als der Strom /1.

Fig.4 zeigt nun ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Systems gemäß Fig. 1, wobei ähnliche Blöcke wie in F i g. 1 bezeichnet sind. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel wird die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 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 Vergleichsstufe 14 erzeugte Signal an, wenn der Abgasfühler 12 eine Änderung des Brennstoffgemisches von einem fetten zu einem mageren Luft/Brennstoffgemisch feststellt Gemäß der Wellenform B von Fig.6 schaltet, wenn die Wellenform A bzw. die Wellenform des Abgasfühlers 12 die Schwellenwertspannung 80 während eines Übergangs von einer fetten zu einer mageren Mischung 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 einem 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 Kapazität 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 funktioneile Ergebnis des Einbaus der Verzögerungsschaltung in die Schaltungsanordnung besteht darin, den Betrieb der Maschine 10 in dem mageren Brennstoffmischungsbreich der Kurve für eine längere Zeitperiode fortzusetzen, bevor die Brennstoffmischung in eine feuere Mischungsrichtung verändert wird Dies ist in der Wellenform Fvon F i g. 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 F i g. 1 oder gemäß F i g. 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 Maschine 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 Brennstoffmischung feststellt. Diese Zeitperiode ist die Transportverzögerung und sie ist sowohl in der Lade- als auch Entladesteigung der Integratorausgangsgröße des Systems gemäß F i g. 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 integrierenden 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 Luft/Brennstoffverhältnis, wie dem stöchiometrischen Verhältnis besitzt

Die Erfindung schafft somit ein Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, wobei das System einen stöchiometrisch ansprechenden Gasfühler im Abgassystem verwendet, der ein elektrisches Signal an einen asymmetrischen Integrator liefert, und wobei dieses System das gewünschte Luft/Brennstoffverhältnis für die Maschine steuert. Mit Hilfe dieses Systems läßt sich ein Luft/Brennstoffverhältnis aufrechterhalten, welches geringfügig reichhaltiger oder fetter ist als das stöchiometrische Verhältnis für eine optimale katalytische Konverterbetriebsweise. Für jedes magere Luft/ Brennstoffverhältnis tritt in dem System eine Verzögerungsschaltung in Tätigkeit, um die Zeit fortzusetzen, während weicher die Brennstoffmischung sich in einem mageren Zustand befindet, bevor die Mischung kontrollierbar in eine fette Mischung entsprechend der Abtastung durch den Fühler geändert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Brennstoffeinspritzsystem 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 Brennstoffmischung zu regeln, mit einer Einspritzsteuereinrichtung, die auf die Steuerspannung des Steuersystems zur Steuerung der Bstriebszeit des Brennstoffeinspritzventils anspricht, wobei das Steuersystem folgende Einrichtungen enthält: einen im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordneten Abgasfühler, der auf einen Bestandteil der Abgase anspricht, um ein Signal mit einem ersten Spannungswert zu erzeugen, der eine erste Eigenschaft des Gases wiedergibt und um ein Signal mit einem zweiten Spannungswert zu erzeugen, welches eine zweite Eigenschaft des Gases anzeigt; eine eine Schwellenwertspannung erzeugende Einrichtung zum Vorsehen eines Signals mit einem zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungswert liegenden Spannungspegel; eine Vergleichsstufe zum elektrischen Vergleich des Signals des Abgasfühlers mit dem Signal aus der die Schwellenwertspannung erzeugenden Einrichtung, die ein Ausgangssignal als Ergebnis des Vergleichs erzeugt; einen der Vergleichsstufe zugeordneten Integrator, der die Steuerspannung erzeugt, und eine auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe ansprechende Schaltereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Einrichtung (24, 26) zur Einstellung der Steigung jeweils einer von dem als asymmetrischer Integrator arbeitenden Integrator abwechselnd erzeugten, die Steuerspannung bildenden rampenförmig zunehmenden Spannung und einer rampenförmig abnehmenden Spannung vorgesehen ist, wobei die Steigung der zunehmenden und der abnehmenden Spannung unterschiedlich ist, und daß die Schaltereinrichtung (18), wenn sie auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (14) entsprechend der ersten Eigenschaft des Gases anspricht, einen Eingang des Integrators (28) an die erste Einrichtung (24) anschaltet, und wenn sie auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (14) entsprechend der zweiten Eigenschaft des Gases anspricht, einen anderen Eingang des Integrators (28) an die zweite Einrichtung (26) anschaltet.

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 einen ersten Signalstrom von der ersten Einrichtung (24) an seinem invertierenden Eingangsanschluß (56) empfängt, und der einen zweiten Signalstrom von der zweiten Einrichtung (26) an seinem nichtinvertierenden Eingangsanschluß (54) empfängt und bei dem zwischen dem

invertierenden Eingangsanschluß (56) und seinem Ausgangsanschluß (D) eine Integrierkapazität (76) geschaltet ist, derart, daß der erste Signalstrom ein entladendes Ausgangssigna! und der zweite Signalstrom ein aufladendes Ausgangssignal erzeugt.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Signalstrom größer ist als der erste Signalstrom.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des zweiten Signaltstroms verschieden ist von zweimal der Größe des ersten Signalstroms, um dadurch ungleiche Lade- und Entladezeitkonstanten vorzusehen, so daß die Ausgangsspannung des Integrators (28) asymmetrisch ist

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltereinrichtung (18) einen Schalttransistor (22) enthält, der auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (14) anspricht, und der die Ausgangsgröße der zweiten Einrichtung (26) elektrisch erdet oder mit Masse verbindet

7. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungsschaltung (78) elektrisch an uie Vergleichsstufe (14) angeschaltet ist und auf das Ausgangssignal derselben anspricht, um eine Änderung von einer fetten nach einer mageren Luft/Brennstoffmischung anzuzeigen, und um einen Steuerimpuls mit einer Zeitdauer zu erzeugen, die proportional ist zum gewünschten mageren Luft/ Brennstoffverhältnis, daß die Schaltereinrichtung (18) auf das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (14) anspricht, wenn diese eine Änderung von einer mageren nach einer fetten Brennstoffmischung anzeigt, um den einen Eingang des Integrators (28) auf die erste Einrichtung (24) zu schalten, und die auf den Steuerimpuls der Verzögerungsschaltung (78) anspricht, um die erste Einrichtung (24) elektrisch mit dem Eingang des Integrators während der Zeitdauer des Steuerimpulses verbunden zu halten, und um dann den Eingang des Integrators (28) auf die zweite Einrichtung (26) umzuschalten.