DE2364190A1

DE2364190A1 - Elektrisches steuersystem fuer abgasausstossteuersysteme von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2364190A1
Application number: DE2364190A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Hattori; Takamichi Nakase; Hisato Wakamatsu; Shuzo Yoshida
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1972-12-26
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1974-07-11
Also published as: DE2364190B2; JPS4987914A; DE2364190C3; US3859541A

Description

PATENTANWALTSBÜRO TlEDTKE - BüHüNG - KlNNE 2364190

TEL. (089) 539653-58 TELEX: 524845 ti pat CABLE ADDRESS: Germaniapatent München ^

8000 München 2 Bavariaring 4

Postfach 202403 21. Dezember 1973 B 5780

Nippon Soken, Inc. Nishio-shi, Japan

Elektrisches Steuersystem für Abgasausstoßsteuersysteme von Kraftfahrzeugen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Steuersystem für Abgasausstößsteuersysteme von Kraftfahrzeugen.

■Bekannte Steuersysteme dieser Art sind zur Hauptsache Analogsysteme, bei denen eine Steuerschaltung auf einer gedruckten Platte ausgebildet ist, indem einzelne Teilkompo-

^ nenten wie Transistoren und Dioden verwendet werden, wodurch

& alle Signale von den verschiedenen Fühlern in Gleichspannun-

k> gen umgewandelt und als solche unterschieden werden, um die ^ erforderlichen Operationen durchzuführen. Aus diesem Grunde

_Μ erfordert der Aufbau derartiger herkömmlicher Steuersysteme ο

notwendigerweise Schaltungsjustieroperationen, was in sofern

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nachteilig ist_s als.die für derartige SchaltungsJustierungen benötigte Zeit proportional mit der Komplexität der Steuerfunktionen ansteigt und dies zu einem Anwachsen der Herstellungskosten führt ο Obgleich die Verwendung digitaler Schal— tungen derartige Gchaltungsjustieroperationen erübrigt, ist ihnen der Nachteil eigen, daß dann, wenn ein Steuersystem mit handelsüblichen digitalen integrierten Schaltungen aufgebaut wird, dieses extrem voluminös wird uns somit vom praktischen Standpunkt her nachteilig ist.

Zur Ausschaltung vorstehend beschriebener Schwierigkeiten sieht die Erfindung ein elektrisches Steuersystem für Abgasausstoßsteuersysteme von Kraftfahrzeugen vor, das gekennzeichnet ist durch eine Rechnereinheit zur Durchführung vorbestimmter Rechenoperationen an verschiedenen Eingangssignalen zur Einstellung von Steuerbedingungen für Abgasausstoßsteuersysteme von Kraftfahrzeugen und-zum Erzeugen von SoIenoidsignalen zum selektiven Steuern von Solenoidventilen, die zur Steuerung des Betriebs der Abgasausstoßsteuersysteme bestimmt sind, und durch eine Leistungsstufe zum selektiven Betätigen der Solenoidventile in Übereinstimmung mit den SoIenoidsignalen von der Rechnereinheit, wobei die Reehnereinheit aus einer in weitem Ausmaß MOS-integrierten Schaltung besteht, wodurch ein reduzierter Leistungsverbrauch, ein vereinfachter Schaltungsaufbau und eine rationalisierte Verdrahtung sichergestellt werden.

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Zu den wesentlichen Vorteilen des erfindungsgemäßen Systems zählt die Tatsache, daß im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Steuersystemen für AbgasausstoßsteueruBgen, die extrem komplizierte Steuerungen erfordern, bei denen sich ler Steuerschaltungsaufbau aus einzelnen Teilkomponenten zusammensetzt, der für die notwendigen Rechenoperationen erforderliche Leistungsverbrauch beträchtlich reduziert ist, der Schaltungsaufbau einfach und kompakt gehalten ist und die Verdrahtung rationalisiert ist, wobei ' die Abgasausstoßsteuersysteme in geeigneter Weise betätigt werden; darüber hinaus lassen sich Gleichmäßigkeit der Steuergenauigkeit und verlängerte Lebensdauer des elektrischen Steuersystems leicht erreichen, was in einer Abnahme der Massenproduktionskosten des elektrischen Steuersystems resultiert.

Ein weiterer bemerkenswerter Vorteil liegt in der Verwendung eines piezoelektrischen Oszillatorelements als Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Zeitsignals mit dem Ergebnis, daß'dessen Genauigkeit, die Höher liegt als es für die Steuerschaltung erforderlich wäre, es zuläßt, daß auf die Schaltungskontrolle während der Herstellung der Steuerschaltung verzichtet wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt in der Anpassungsfähigkeit, die den notwendigen Bedingungen genügt, wenn unterschiedliche Steuersysteme für Abgasausstoßsteuersysteme für unterschiedliche Maschinen verwendet werden.

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Von bemerkenswertem Vorteil ist ferner die Tatsache, daß dann, wenn irgendein Störungsfall,wie ein Defekt in dem Äbgasausstoßsteuersystem_sauftreten sollte, daß System so gesteuert wird», daß es auf der sicheren Seite arbeitet, d.h. es kommt schnell außer Betrieb.

Ein großer Vorteil liegt auch darin, daß Fehloperationen der Solenoidventile infolge der Abtrennung oder Erdung der Verbindungspunkte zwischen der Rechnereinheit und der Leistungsstufe verhindert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Steuersystems für Abgasausstoßsteuersysteme von Kraftfahrzeugen.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Verstärker- und Konverterschaltung, die in der Ausführung gemäß Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3 und *} sind Schaltbilder zweier Leistungsstufen, die in der Ausführung gemäß Fig. 1 verwendet

werden. 409828/0320

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Pig. 5 ist ein detailliertes Blockschaltbild der in der Ausführung gemäß Fig. 1 verwendeten Rechnereinheit.

Fig. 6 ist eine Schaltbild der in dem Blockschaltbild gemäß Fig. 5 vorgesehenen Zeitsignalerzeugungsschaltung.

Fig. 7 ist ein Schaltbild der Geschwindigkeitssignal-

erzeugungsschaltung und der Fahrzeuggeschwindigkeitsunterscheidungsschaltung der Blockschaltung gemäß Fig. 5.

Fig. 8 ist ein Wellenformdiagramm, das der Erläuterung des Betriebs der in Fig. 7 gezeigten Schaltungen dient.

Fig. 9a und 9b sind detaillierte Schaltbilder der in Fig. 5 gezeigten Blockschaltungen.

Fig. 10 ist ein Schaltbild, daß die Verbindung zwischen der Rechnereinheit und der Leistungsstufe der Ausführung gemäß Fig."1 zeigt.

In Fig. 1, die ein Blockschaltbild eines elektrischen Steuersystems für Abgasausstoßsteuersysteme von Kraftfahrzeugen zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 100 eine Steuerschal-

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tung, an der die nachstehenden Einrichtungen angeschlossen sind. Bezugszeichen 10 bezeichnet einen elektromagnetischen Generator, der in Abhängigkeit von der Raddrehzahl eine Wech- · selspannung erzeugt. Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Fühlereinheit zum Feststellen verschiedener Betriebsbedingungen einer Maschine, wobei ein öltemperatorfühler mit 21 bezeichnet ist, Kühlwassertemperaturfühler mit 22 und 23 bezeichnet sind, Temperaturfühler katalytischer Konverter mit 24 und 25 und ein Temperaturfühler eines Leitungsreaktors mit 26 bezeichnet ist. Bezugszeichen 30 bezeichnet eine Systemwählschaltereinheit, in der 31 einen Schalter eines Systems A₈ 32 einen Schalter eines Systems B und 33 einen Schalter eines Systems C bezeichnen. Das System A enthält in Kombination solche Abgasausstoßsteuersystemen wie einen Leitungsreaktor, in dem Sekundärluft in einen in der Abgasleitung montierten Behälter geführt wird und die Abgase in diesem gehalten werden,-so daß sie aufgrund ihrer Eigenhitze verbrennen, katalytische Konverter , die mit einem reduzierenden Katalysator-bzw. einem oxydierendem Katalysator versehen sind, ein Abgasrückführsystem (EGR), das einen Teil der Abgase zum Ansaugsystem zurückführt, und ein System zum Unterbrechen der Vorverstellung der Zündung zur Verzögerung des Zündzeitpunktes.

Das System B ist mit dem System A identisch mit der Ausnahme, daß der Leitungsreaktor durch eine Drosselventil-Stelleinrichtung ersetzt ist, die das Drosselventil während der Verzögerungsperioden in leicht geöffneter Stellung hält,

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während das System C mit dem System A mit der Ausnahme identisch ist, daß die Drosselventilstelleinrichtung anstelle des Leitungsreaktors und des Konverters mit dem redzierenden Katalysator vorgesehen ist. Bei diesen Systemen unterscheiden sich die Steuerzustände bzw. Steuerbedingungen für dasselbe gesteuerte System mit den unterschiedlichen Systemen, so daß allein der Schalter 31 des Sys-tems A auf einem hohen Pegel gehalten wird (offen) und der Schalter 32 des Systems B und der Schalter 33 des Systems C auf niedrigem Pegel (Erde) gehalten werden j wenn das System A bsiützt werden soll. Die anderen Systeme B und C können ebenfalls in gleicher Weise gewählt werden.

In der nachstehenden Beschreibung wird der hohe Pegel als Pegel "1" und der niedrige Pegel als Pegel "O" bewertet. Bezugszeichen ¹JQ bezeichnet eine. Bedingungsschaltereinheit und 41 einen Störungskommandosehalter, dessen "!"-Pegel (offen) den normalen Zustand anzeigt und dessen "O"-Pegel (Erde) ein Störungskommando anzeigt. Bezugszeichen 42 bezeichnet einen Zeitreduzierungsanzeigeschalter, dessen "!"-Pegel eine Zeitreduzierung anzeigt, während dessen "O"-Pegel den normalen Zustand anzeigt. Bezugszeichen 43 bezeichnet einen Alarmselektionsschalter, dessen "!"-Pegel die Anwahl einer Lampe und dessen "0"-Pegel die Anwahl eines Summers anzeigt. Bezugszeichen 50 bezeichnet Ausgangssolenoidventile und die Bezugszeichen 51, 52, 53» 5^, 55 und 56 Solenoidventilspulen. Bezugszeichen 60 bezeichnet einen Alarmmelder, 6l und 62 Lampen, 70 einen Tastenschalter und 80 eine Leistungsquelle, beispielsweise

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eine Kraftfahrzeugbatterie.

Nachstehend wird der detaillierte Schaltungsaufbau der Steuerschaltung 100 beschrieben, in der Bezugszeichen 110 eine Verstärker- und Konverterschaltung bezeichnet, durch die die Ausgangswechselspannung des Generators 10, die von der Drehzahl der Fahrzeigadise abhängt, in eine Rechteckwellenspannung umgewandelt wird und deren genauer Schaltungsaufbau in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Schaltung 110 ist so ausgelegt, daß dann, wenn die Ausgangswechselspannung des Generators 10 mit dem Stillstand des Fahrzeugs verschwindet, die Schaltung ihre Sperrschwingaktion beginnt und eine konvertierte Rechteckwellenausgangsspannung erzeugt, wodurch eine Verschlechterung des Rauschabstands des Eingangssignalpegels zum Störpegel verhindet wird; seine Schwingfrequenz beträgt bei der vorliegenden Ausführung 30,72 Hz je 1,61 km/h der Fahrzeuggeschwindigkeit. Da der gesteuerte Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen 8 und i6l km/h liegt, liegt die Sperrschwingfreuqenz in der Größenordnung von 30 Hz. In Fig. 2 bezeichnet Bezugszeichen 111 eine Eingangsklemme, Bezügszeichen 112 eine Ausgangsklemme, V eine Leistungszuführungsklemme, GND eine Masse- oder Erdklemme, 115 eine lineare integrierte Schaltung, bei der es sich beispielsweise um die Schaltung TA7O63P der Tokyo Shibaura Denki K.K. handelt und die die Sperrschwingfrequenz in Übereinstimmung mit den Werten eines Widerstands 116 und eines Kondensator 117 einstellt. Bezugszeichen 120 bezeichnet ein piezoelektrisches Oszillatorelement, bei dem es sich

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beispielsweise um ein Pilefork-2048 Hz-Element der K.K. Murata Seisakusho handelt, das als Zeitnormal für das gesamte Steuersystem dient. Dieses Oszillatorelement 120 schwingt in Verbindung mit einem Feldeffekttransistor (nachstehend als FET bezeichnet) der eines der Komponentenelemente darstellt, die zu einer Rechnereinheit integriert sind, die aus einer später noch beschriebenen in weitem Ausmaß MOS-integrierten Schaltung (MOS large scale integrated circuit)·(nachstehend als LSI bezeichnet) zusammengesetzt ist.

Die Bezugszeichen I30 und I50 bezeichnen einfachste Spannungsregelschaltungen bekannten Typs, die eine Zenerdiode 130a bzw. 15Oa, einen Widerstand 130b bzw. 150b und einen Kondensator 130c bzw. 150c enthalten. Die Spannungsregelschaltung 150 speist die Rechnereinheit 200, während die Spannungsregelschaltung 130 die Verstärker-und Konverterschaltung 110 einspeist. Bezugszeichen I70 bezeichnet einen Widerstand zum Zuführen der regulierten Speisespannung von der Spannungsregelschältung 130 als Signal von dem Tastenschalter 70, das als Eingangssignal auf die Rechnereinheit 200 gegeben wird.

Bezugszeichen l40 bezeichnet eine Transistorleistungsstufe mit zweistufiger Verstärkung bekannten Schaltungsaufbaus, wie er in Fig. 3 im Detail gezeigt ist, worin l4l eine Eingangsklemme, 142 eine Ausgangsklemme, V eine Leistungsspeiseklemme und GND eine Masse bzw. Erdklemme bezeichnen, wobei an der Ausgangsklemme 142 ein Betätigungsausgangssignal erzeugt wird, wenn auf die Eingangsklemme l4l ein Eingangssignal von hohem

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Pegel gegeben wird. Fig. 3 zeigt lediglich eine von sechs Unterstufen, da die anderen fünf Unterstufen denselben Aufbau ausweisen.

Bezugszeichen 160 bezeichnet eine einstufige Transistorleistungsstufe zur Betätigung des Alarmmelders 60, deren detaillierter Schaltungsaufbau in Fig. 4 gezeigt ist. In Fig. 4 bezeichnet l6l eine Eingangsklemme, 162 eine Ausgangsklemme, V eine Leistungsspeiseklemme und GND eine Masse- oder Erd-

klemme; es handelt sich um eine bekannte Schaltung, bei der das Anlegen eines Eingangssignals mit hohem Pegel an die Eingangsklemme l6l zur Erzeugung eines Betätigungsausgangssignals an der Ausgangsklemme 162 führt. Fig. 4 zeigt nur eine von zwei Unterstufen, da die andere Unterstufe denselben Aufbau aufweist. Widerstände l80, die in Reihe in die Signalleitungen eingeschaltet sind, die die Fühlereinheit 20, die Wählschaltereinheit 30 und die Bedxngungsschalterexnheit 40 mit der LSI-Rechnereinheit 200 verbinden, dienen dem Schutz der LSI-Rechnereinheit 200 vor einem Außenfeld.

Die Rechnereinheit 200 führt die nötigen Rechenoperationen an den vorerwähnten Eingangssignalen durch und führt den Leistungsstufen 140 und 160 Betätigungsausgangssignale zu; sie besitzt digitale Schaltungen, die auf einem einzelnen Plättchen zur Bildung einer MOS-LSI hergestellt sind. Fig. 5 ist eine Blockschaltung, die den Aufbau der Rechnereinheit 200 zeigt. In Fig. 5 bezeichnen die Besugszeichen 201 und 202 Oszil-

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1atorklemmen, die mit dem Oszillatorelement 120 verbunden sind, GND eine Masse- oder Erdklemme, 203 eine Alarmwählklemme, die mit dem Alarmselektionsschalter 43 verbunden ist, 204 eine mit dem Zeitreduzieranzeigeschalter 42 verbundene Zeitreduzierklemme, 112 eine mit der Ausgangsklemme 112 der Verstärker-und Konverterschaltung 110 verbundene Geschwindigkeitssignalklemme und 206, 207 und 208 Systemwählklemmen, die mit den Schaltern 31» 32 und 33 in der Wählschaltereinheit 30 verbunden sind. Die Bezugszeichen 209, 210, 211, 212, 213, 214 und 215 bezeichnen Pühlereingangsklemmen, die mit den Fühlern 21, 22, 23, 24, 25 und 26 in der Fühlereinheit 20 zum Feststellen der Betriebszustände der Maschine und mit dem Widerstand 170 zur Zuführung des Ausgangssignals des Tastenschalters 70 verbunden sind, Bezugszeichen 216 eine mit dem Störkommandoschalter 4l verbundene Störklemme und die Bezugszeichen 217» 218, 219, 220, 221, 223 und 224 Ausgangsklemmen. Da die Leistungsspeiseklemme V und die Masse- oder Erdklemme GND mit den entsprechenden Blöcken verbunden sind, sind diese Verbindungen nicht dargestellt. .Bezugszeichen 230 bezeichnet eine Zeitsignalerzeugungsschaltung zur Durchführung einer Zeitsignal-· erzeugungsfunktion zusammen mit dem Oszillatorelement 120, das mit den Klemmen 201 und 202 verbunden ist, wobei der detaillierte Schaltungsaufbau in Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 6 bezeichnet 231 eine FET-Oszillatorschaltung, deren Schwingfrequenz durch das Oszillatorelement 120 bestimmt ist, wobei bei dieser Ausführung die Schwingfrequenz auf 2 048Hz eingestellt ist. Das Oszillationsausgangssignal wird durch eine Regenerier-

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Schaltung 232 in eine Rechteckwelle umgeformt und dann einer Fre-quenzteilungsschaltung 233 zugeführt, die wiederum Taktsignal bis herab auf 2 Hz erzeugt.

Bezugszeichen 240 bezeichnet eine Alarmerzeugungsschaltung. Bei dieser Ausführungsform führt diese Schaltung die lIA'iD-Operation an dem 1024 Hz Signal und dem· Alarmwähleingangssignal von der Klemme 203 durch, um den Pegel "1" auszuwählen, oder an dem Oszillationsausgangssignal von der Zeitsignalerzeugnungsschaltung 230, so daß sie ein Signal zur Betätigung des Alarmmelders 60 zur Alarmgabe erzeugt.

Bezugszeichen 250 bezeichnet eine Zeitintervallerzeugungsschaltungj die die Reduktion der Zeit auf 1/512 bewirkt, wenn ein Signal mit dem Pegel "1" auf die Klemme 204 gegeben wird, und keine Zeitreduzierung durchführt, wenn ein Signal mit dem Pegel "0" an der Klemme 204 anliegt; die Schaltung besitzt bei dieser Ausführung eine Signalauswertschaltung bekannten-Typs, die die logische Operation an dem 4 Hz-Signal, dem 2O4'8 Hz-Signal und dem Eingangssignal von der Klemme 204 durchführt .

Bezugszeichen 260 bezeichnet eine Geschwindigkeitssignalerzeugungsschaltung, in der in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der Zeit- oder Taktsignalerzeugungsschaltung 230 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von der Klemme 23 Schieberegisterstufen alle 32 Zyklen des Fahrzeuggeschwin-

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digkeitssignals in Intervallen von 6,44 km/h der Fahrzeuggeschwindigkeit verschoben werden. In diesem Fall wird die Löschoperation des Schieberegisters während einiger Mikrosenkunden unmittelbar im Anschluß an die Änderung vom "l"-Pegel zum "O"-Pegel des,2 Hz-Zeit-oder Taktsignals von dem Zeit- oder Taktsignalgenerator 230 bewirkt,was dazu führt, daß das Ausgangssignal aller Registerstufen auf den "l"-Pegel wechselt. In. Übereinstimmung mit der Anzahl der Zyklen des Geschwlndigkeits signals, das während der Zeit erhalten wird, in der das 2 Hz-Taktsignal den Pegel "1" besitzt, d.h. während .0,25 Sekunden, werden dann -xtie stabilen Zustände der Registerstufen sukzessive gerändert. Wenn das „Fahrzeugsgesehwindlgkeitssignal beispielsweise den sechsundneunzigsten Zyklus erreicht, ändern nur drei der Registerstuien ihren Zustand. .

Bezugszeichen 270 bezeichnet eine Fahr z.eugges chwindigkeitsunterscheidungssehaltung·zur Erzeugung eines ünterscheidungssignals aus dem Ges.chwindigkeitssl.gnal vxm der Gesehwindigkeitssignalerzeugungsschaltung 260. Die Verbindungen zwisehen der Fahrzeuggeschwindigkeltsunterscheidungssehaltung 270 und der Geschwindigkeitssignälerzaugungsschaltung 260 sind in Fig. 7 gezeigt. In Fig. 7 ist nur eine von sechs Unterschaltungen dargestellt, da die anderen fünf Unterschaltungen identischen Aufbau aufweisen. In Fig. 7 bezeichnen die Bezufszeichen 261, 262 und 263 eine Geschwindigkeitssignalklemme, eine Löschimpulsklemme und eine Treibersignalklemme,die mit der

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Geschwindigkeitssignalerzeugungsschaltung 260 verbunden sind, Bezugszeichen 264 eine Schiebeimpulsklemme zur Aufnahme von Schiebeimpulsen und Bezugszeichen 271 eine Klemme, an der das Fahrzeugsgeschwindigkeitssignal dieser Untersehaltung der Fahrzeuggeschwindigkeitsunterscheidungsschaltung 270 erzeugt wird. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen für diese Untersehaltung vorbestimmten Wert erreicht, wird die Fahrzeugge.schwindigkeit in Übereinstimmung mit den Geschwindigkeitsrsignalen van den Klemmen 2.5.1., 2.52 und 26.3 unterschieden und das entsprechende Unters eheidungssignäl erzeugt. Biese Operation wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Wellenformdiagramirr gemäß Fig. 8 beschrieben. In dem Wellenformdiagramm gemäß Fig. 8 zeigt Fig. 8 (A) das Geschwindigkeitssignal an der Geschwindigkeitssignalklemme 261, Fig. 8 (B) den Lüschimpuls an der Löschimpulsklemme 262 und Fig. S (C) das Treibersignal (strove signal) an der Trexbersignalklemme 263· Wenn das in Fig. 8 (A) gezeigte Geschwindigkeitssigrcal an der Klemme 261 erzeugt wird, wird es der Fahrzeuggeschwindxgkeitsunterscheidungsschaltung 27Q zugeführt. Wenn zu diesel· Zeit der in Fig. B (B) gezeigte Löschimpuls an der Klemme 262 erzeugt wird, werden die Zähler in der ßeschwindigkeitssignalerzeugungssehal-r tung 26O und der Fahrzeuggeschwandxgkeit-ssignalunterseheidungsschaltung 270 alle gelöscht. In diesem Fall Jsehält die Klemme· 271 zur Erzeugung des Unterseheidungssignals der Fahrzeuggeschwindigkeitsunter seheidungsschaltung 270 ihren vorhergehenden Zustand bei, so daß gemäß dem nach Ablauf von 0,25 Sekunden in der Mitte zwischen den in Fig. 8 (B) gezeigten Lösch-

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impulsen erzeugten Treibersignal der Fig. 8 (C) bestimmt wird, ob die FahrZeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert erreicht hat und das Unterscheidungssignal an der Klemme 271 den Pegel "1" annimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit den vorgegebenen Wert erreicht hat. Wenn in diesem Fall eine Mehrzahl von Unterschaltungen dieses Typs verwendet werden, um eine entsprechende Anzahl von vorbestimmten Werten zu unterscheiden, wenn beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeiten 6l,2 km/h und 67>6 km/h zur Erzeugung entsprechender Unterscheidungssignale erfaßt werden, nimmt das Unterscheidungssignal an der Klemme zum Unterscheiden der Fahrzeuggeschwindigkeit von 6l,2 km/h stets den Pegel "1" an, wenn das Unterscheidungssignal an der Klemme zum Unterscheiden der Fahrzeuggeschwindigkeit von 67,6 km/h den Pegel "1" besitzt. Mit anderen Worten, wenn irgendein Unterscheidungssignal den Pegel "1" annimmt, nehmen auch alle Unterscheidungssignale an den Klemmen zur Unterscheidung von Fahrzeuggeschwindigkeiten unterhalb dieser erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit den Pegel "1" an. Diese Funktion ist bei der Prüfung dieser Schaltung sehr wirksam.

Bezugszeichen 280 bezeichnet eine Steuerprogrammschaltung, die an ihren Eingängen die Signale von der Alarmerzeugungsschaltung 2¹IO, der Zeitintervallerzeugungsschaltung 250, der Fahrzeuggeschwindigkeitsunterscheidungsschaltung und den Klemmen 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215 und 216 empfängt und die logische Operation an diesen Sig-

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nalen durchführt, wobei ein .Betätigungsausgangssignal erzeugt und eine geeignete Steuerung bewirkt wird. Wenn die Verknüpfungen der logischen Schaltung in Form einer Matrix angeordnet sind, so daß die Verwendung eines Nur-Lese-Speichers (read-only memory) (ROM) möglich ist, kann jegliche Modifikation der Steuerbedingungen der Abgasausstoßsteuersysteme leicht durchgeführt werden.

In Fig. 9 ist ein detailliertes Schaltbild der Steuerschaltung 100 als Beispiel dargestellt, die die oben erwähnte Zeit-oder Taktsignalerzeugungsschaltung 230, die Alarmerzeugungsschaltung 240, die Zeitintervallerzeugungsschaltung 250, die Geschwindigkeitssignalerzeugungsschaltung 260, die Fahrzeuggeschwindigkeitsunterscheidungsschaltung 270 und die Steuerprogrammschaltung 280 enthält. Die funktionelle Beziehung zwischen den Eingängen und Ausgängen wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben. Wenn ein Signal an die Klemme 206 des Systems A gelangt, so daß die Steuerungen gemäß dem System A bewirkt werden, werden diejenigen gesteuerten Systeme, die den Leitungsreaktor, den Konverter mit oxydierendem Katalysator, den Konverter mit reduzierendem Katalysator, das Abgasrückführungssystem und das System zum Unterbrechen der Vorverstellung der Zündung sowie den Leitungsreaktor und den Konverter mit oxydierendem Katalysator enthalten, gemäß den an der ASVl-Klemme 218 und der ASV2-Klemme 220 erzeugten Signalen gesteuert, die die Sekundärluft ein-und ausschalten.

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Mit. anderen V/orten, es wird lediglich der Schalter 31 des Systems A in der Wählschaltereinheit 30 geöffnet, so daß nur das Signal an der A-Klemme 206 den Pegel "1" annimmt, während der Schalter 32 des Systems B und der Schalter 33 des Systems C geschlossen sind, so daß die Signale an der B-Klemme 207 und der C-Klemme 208 den Pegel "0" annehmen. Wenn andererseits das Signal an der EM-Klemme 216 von dem Störkommandoschalter '41 den Pegel "1" besitzt, das Signal an der T-Klemme 204 von dem Zeitreduzieranzeigeschalter 42 den Pegel "0" besitzt und das Signal an der V-Klemme 203 von dem Alarmwählschalter 43 den Pegel "1", werden die Solenoidventile 50 wie folgt betätigt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter 67,6 km/h liegt und das Signal des Tastenschalters an der K-Klemme 215 erscheint, wird an der TCS-Klemme 217 ein Signal erzeugt und die Spule des Solenoids zum Unterbrechen der Vorverstellung der Zündung wird erregt und betätigt das System zur Unterbrechung der Vorverstellung des Zündzeitpunktes, während dann, wenn die Pahrzeuggeschwindigkeit höher als 67,6 km/h wird, die Spule des Solenoids zur Unterbrechung der Vorverstellung der Zündung entregt wird, so daß die Unterbrechung der Vorverstellung der Zündung gelöst wird. Wenn danach die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als 6l,2 km/h wird, wird die Spule des Solenoids zur Unterbrechung der Vorverstellung der Zündung wieder erregt.

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Wenn andererseits die Wassertemperatur höher als ^5°C liegt, die FahrZeuggeschwindigkeit unter 99,8 km/h; die Innentemperatur des Leitungsreaktors unter 105O⁰C liegt,. die Innentemperaturen der Konverter mit dem oxydierenden und den reduzierenden Katalysator beide unter 75O⁰C liegen und das Tastenschaltersignal an der K-Klemme 215 erscheint_s wird an der EGR-Klemme 219 ein Signal erzeugt und die Spule des EGR-Solenoids erregt, so daß ein Teil der Abgase in den Vergaser zurückströmt., Wenn mindestens eine dieser Bedingungen nicht existiert _s wird die Spule des EGR-Solenoid entregt und das EGR-Systern außer Betrieb genommene

V/enn ferner die Maschine kalt ist, wird an der ASVl-Klemme 218 ein Signal erzeugt und die Spule eines ersten Sekundär luftsolenoids zur Steuerung der Zufuhr an Sekundärluft in den Leitungsreaktor erregt, so daß die Sekundärluft in den Leitungsreaktor eingespeist wird. Die Bedingungen für diese Steuerung schließen ein₉ daß die Kühlwassertemperatur unter 45°C liegt j die Innentemperatur des Leitungsreaktors unter ⁰Cj die Innentemperaturen der Konverter mit dem oxydierenden und dem reduzierenden Katalysator unter 75O°C, die Fahrzeuggeschwindigkeit unter 67,6 km/h und das Tastenschaltersignal an der K-Klemme 215 erscheint; die Steueraktion findet dann statt, wenn allen diesen Bedingungen genügt ist. Andererseits erscheint an der ASVl-Klemme 218 das Ausgangssignal, so daß die Einspeisung von Sekundärluft gestoppt wird, wenn

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wenn irgendeine der nachstehenden Bedingungen erfüllt ist, nämlich der Ablauf von 505 Sekunden nach Einsetzen der Steueraktion, der Ablauf von 64 Sekunden nach dem die Fahrzeuggeschwindigkeit 67,6 km/h erreicht hat, die Innentemperatur des Leitungsreaktors höher als 1050°C-ist, die Innentemperatur entweder des Koverters mit oxydierendem Katalysator oder des Konverters mit reduzierendem Katalysator höher als 75O°C liegt, die Kühlwassertemperatur höher als 105°C und die Fahrzeuggeschwindigkeit mehr als 99,8 km/h beträgt. In speziellen Fällen, in denen Sekundärluft zugeführt wird, ohne daß die oben erwähnten Bedingungen vorliegen; d.h. wenn die Spule des ersten Sekundärluftsolenoids erregt ist_s wenn das Tastenschaltersignal von der K-Klemme 215 endet und dann in weniger als 4 Sekunden wieder erscheint, findet die Steueraktion andererseits unter der Bedingung statt, daß sie bis zum Ablauf der anfänglichen Periode von 505 Sekunden oder dem Ablauf von 64 Sekunden, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit 67,6 km/h erreicht hat, fortgesetzt wird. Wenn ferner mehr als 4 Sekunden nach Beendigung des.Tastenschaltersignals verstreichen, wird die Spule des ersten Sekundärluftsolenoids wieder erregt, wenn die oben genannten Bedingungen, d.h. das Wiederanstehen des Tastenschaltersignals, das Abfallen der Kühlwassertemperatur unter 45°C usw. erfüllt sind.

Eine Spule eines zweiten Sekundärluftsolenoids zur Steuerung der Zufuhr von Sekundärluft zum Konverter mit dem

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oxydierenden Katalysator arbeitet folgendermaßen. Wenn die Innentemperatur des Leitungsreaktors unter 1050⁰C liegt, die Innentemperaturen der Konverter mit dem oxydierenden und dem reduzierenden Katalysator beide unter 75O°C liegen, die öltemperatur über 15°C liegt, die Fahrzeuggeschwindigkeit unter 99,8 km/h liegt, die Kühlwassertemperatur unter 105°C und das Tastenschaltersignal an der K-Klemme 215 erscheint, wird an der ASV2-Klemme 220 ein Signal erzeugt und die Spule des zweiten Sekundärluftsolenoids erregt, so daß die Sekundärluft dem Konverter mit oxydierendem Katalysator zugeführt wird. Wenn mindestens eine dieser Bedingungen nicht erfüllt ist, wird die Spule des zweiten Sekundärluftsolenoids entregt und die Sekundärluftzufuhr gestoppt.

Eine Warnung, die eine verschlechterte Funktion des Steuersystems anzeigt, ist in folgender Weise gegeben. Wenn die Innentemperatur des Leitungsreaktors höher als 1050°C liegt, die

Innentemperatur des Konverters mit oxydierendem Katalysator oder des Konverters mit reduzierendem Katalysator höher als 750 C ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit über 156,1 km/h liegt oder die Kühlwassertemperatur höher als 105°C ist, d.h. wenn irgendeine dieser Bedingungen existiert, wird ein Signal an der Wan-Klemme 222 erzeugt, das den Alarmmelder betätigt und die Warnlampen aufleuchten läßt.

Die Spule eines Gemischsteuersolenoids zum Zuführen von Sekundärluft zum Vergaser während Verzögerungsperioden zur

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Steuerung der Emission der Abgaskohlenwasserstoffe wird wie folgt betrieben. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter 67,6 km/h liegt und das Tastenschaltersignal an der K-Klemme 215 erscheint, wird an der MCV-Klemme 221 ein Signal erzeugt und die Spule des Gemischsteuersolenoids erregt, so daß Sekundärluft zum Vergaser gespeist wird. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 67,6 km/h überschreitet, wird die Spule des Gemischsteuersolenoids ehtregt und wieder erregt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter 61,2 km/h abfällt.

Andererseits wird dann an der VW-Klemme 22¹I ein Signal erzeugt, um eine Warnung zu geben, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit mit 156,1 km/h überschreitet.

Während unter den oben genannten entsprechenden Bedingungen an jeder der Ausgangsklemmen 217, 218, 219, 220, 221, 222, 223 und 224 ein Signal erzeugt wird, so daß das zugeordnete gesteuerte System betätig wird, wenn das Störsignal, daß an der EM-Klemme 216 anliegt, den Pegel "0" annimmt und ein Störkommando gegeben wird, werden die Warnlampen beaufschlagt und gleichzeitig die Signale an der ASVl-Klemme 218 und der ASV2-Klemme 220 zusammen beendet, mit "dem Ergebnis, daß die Spulen der entsprechenden Solenoide entregt werden und dadurch die Zuführung von Sekundärluft gestoppt wird, so daß die Reaktion in dem Leitungsreaktor und in den Konvertern mit dem oxydierenden und dem reduzierenden Katalysator, wo die Temperatur auf einen hohen Wert ansteigt, gestoppt wird, wo-

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durch die Temperatur in diesen Systemen zur Gewährleistung ihrer Sicherheit reduziert wird.

Wenn diese Systeme überprüft oder inspiziert werden sollen, wird das Signal an der T-Klemme 20*1 von dem Z«itrec?uzieranzeigeschalter k2 auf den Pegel "1" geändert, wodurch das Anstehen des Tastenschaltersignals an der K-Klemme 215 unter den Bedingungen, daß die Kühlwassertemperatur unter *J5 C liegt, die Innentemperatur des Leitungsreaktors unter 1O5O°C, die Innentemperaturen der Konverter mit oxydierendem und reduzierendem Katalysator beide unter 75O°C und die Fahrzeuggeschwindigkeit unter 67,6 km/h liegt, bewirkt* daß das Zeitintervall von 512 Sekunden herab auf 1/512 oder 1 Sekunde reduziert" wird und an der ASVl-Klemme 218 für die Dauer dieser einen Sekunde ein Signal erzeugt wird, das nur dazu dient, die Spule des ersten Sekundärluftsolenoids zu erregen und auf diese Weise die Überprüfung für das Zeitintervall von 512 Sekunden zu-beschleunigen. Die Operationen der Systeme B und C stimmen praktisch mit denen des Systems A überein.

Darüber hinaus sind die Ausgangsklemmen 217» 218, 219, 220, 221, 222, 223 und 224 der Rechnereinheit 200 mit den Leistungsstufen 140 und I60 nach Art einer Stromzufuhr verbunden, wie es in der detaillierten Schaltung gemäß Pig. IO gezeigt ist. Gemäß Fig. 10.arbeitet der Solenoid 50, wenn ein Strom von der Klemme 217 der Steuerprogrammschaltung 280 in der Rechnereinheit 200 in die Leistungsstufe 140 fließt, weshalb keine

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Möglichkeit gegeben ist, daß der Solenoid 50 durch einen Verdrahtungsfehler in den Verbindungsleitungen oder dergleichen fehlerhaft arbeitet. Mit anderen Worten, sogar wenn die Klemme 217 geöffnet oder geerdet wird, wird die Spule 51 des Solenoids des Solenoidventils 50 nicht erregt. Fig. 10 zeigt nur eine Unterschaltung der Leistungsstufe I¹JO, da die anderen Unterschaltungen der Leistun'gsstufen I¹IO und l60 in ihrem Aufbau mit der Dargestellten identisch sind.

Wenn die Rechnereinheit 200 pemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform aus eineroMOS LSI zusammengesetzt ist, ist es möglich, sie mit einer Speisespannung von 6 V bei einem Verbrauch von einigen zehn Mikroampere (wenn die Solenoide nicht erregt sind) zu betreiben.

Während die Abgasausstoßsteuersysteme Zeitsignale erfordern, die eine große Zeitbreite von einigen hundert Sekunden besitzen, ist eine beträchliche Zeitdauer zum überprüfen der Z-eitintervallerzeugungsschaltung, die derartige Zeitsignale liefert, erforderlich; dieses Problem wird bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Steuersystem dadurch ausgeschaltet, daß die Zeitintervallerzeugungsschaltung mit einer Zeitreduzierfunktion ausgestattet ist.

Mit der Erfindung wird daher ein elektrisches Steuersystem geschaffen,das eine Rechnereinheit aufweist, die zu einer-in weitem Ausmaß MOS-integrierten Schaltung integriert ist

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(mit einer Zeit-bzw. Taktsignalerzeugungsschaltung, einer Geschwindigkeitssignalerzeugungsschaltung, einer Fahrzeuggeschwindigkeitsunterscheidungsschaltung,einer Steuerprogrammschaltung usw.), die in Abhängigkeit von Digitalsignalen
von verschiedenen Fühlern zum Peststellen der Betriebsbedingungen bzw. Zustände der Machine Solenoidsignale. zum selektiven steuern von Solenoidventilen erzeugt, die Abgasausstoßsteueraktionen bewirken, und die eine Leistungsschaltung zum selektiven Betätigen der Solenoidventile in Abhängigkeit von den Solenoidsignalen von der Rechnereinheit besitzt.

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Claims

Patentansprüche

( !,/Elektrisches Steuersystem zum Steuern .von Solenoidventilen zur Betätigung von Abgasausstoßsteuersystemen, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Sensoren (20) zur Erzeugung von digitalen, für Betriebsparameter kennzeichnenden Signalen zur Einstellung von Steuerbedingungen, eine Fahrzeuggeschwindigkeitsfeststelleinrichtung (10, 110), mit der eine Rechteckwellenspannüng mit einer sich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ändernden variablen Frequenz erzeugt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher liegt als ein vorbestimmter Wert, und mit der eine Rechteckwellenspannung mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als der vorbestimmte Wert ist, eine Zeitschaltung (120) zur Erzeugung von Zeitreferenzsignalen, eine mit der Zeitschaltung verbundenen Zeitbzw. Taktsignalerzeugungsschaltung (230) zur Erzeugung vorbestimmter Zeit-bzw. Taktsignale, eine Geschwindigkeitssignalerzeugunggsschaltung (260), die ein Schieberegister aufweist und mit der Fahrzeuggeschwindigkeitsfeststelleinrichtung und der Zeit-bzw. Taktsignalerzeugungsschaltung zur Erzeugung eines Ausgangssignals verbunden ist, das jedesmal um eine Stufe verschoben wird, wenn das Rechteckwellensignal in einer vorgegebenen Zeit eine vorgegebene Anzahl von Zyklen erreicht, eine Fahrzeuggeschwindigkeitsunterscheidungsschaltung (270), die mit der Geschwindigkeitssignalerzeugungsschaltung verbun-

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den ist und bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert erreicht hat, eine Steuerprogrammschaltung (280), die mit der Mehrzahl von Fühlern und der Fahrzeuggeschwindigkeitsunterscheidungsschaltung verbunden ist und eine logische Operation an den digitalen, für Betriebsparameter kennzeichnenden Signalen und dem Signal von der Fahrzeuggeschwindigkeitsunterscheidungsschaltung durchführt und ein Steuersignal erzeugt, und durch eine mit der Steuerprogrammschaltung verbundene Einrichtung (I¹IO) zum selektiven Betätigen der Solenoidventile.

2. Elektrisches Steuersystem nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Zeit-bzw. Taktsignalerzeugungsschaltung (230), die Geschwindigkeitssignalerzeugungsschaltung (260), die Fahrzeuggeschwindigkeitsunterscheidungsschaltung (270) und die Steuerprogrammschaltung einstückig in einer MOS-integrierten Schaltung aufgebaut sind.

3. Elektrisches Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung (120) ein piezoelektrisches Oszillatorelement besitzt.

¹J.. Elektrisches Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerprogrammschaltungeinen Nur-Lese-Speicher (ROM) besitzt.

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5. Elektrisches Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Störüngskommandos ehalt er (¹Il), der mit der Steuerprogrammschaltung
(280) verbunden ist, und eine Schaltung, die dem Signal von dem Störungskommandoschalter Vorrang gibt.

6. Elektrisches Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerprogrammschaltung (280) nur dann der Solenoidbetätigungseinrichtung einen Steuerstrom zuführt, wenn das Solenoidventil betätigt wird.

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