Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des
Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine mit Bildung eines von den Schwankungen des Brennraumdrucks
in den aufeinanderfolgenden Arbeitstakten der Brennkraftmaschine abhängigen Laufunruhesignals,
entsprechend dessen Abweichung von einem Sollwert eine sich auf das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine
auswirkende Einstellgröße änderbar ist Infolge verschärfter Abgas-Bestimmungen und aufgrund
der allgemeinen Treibstoff-Knappheit wird nach Lösungen gesucht, bei denen Brennkraftmaschinen in
einem Betriebsbereich betrieben werden können, in dem die schädlichen Anteile des Abgases auf ein
Minimum reduziert werden können und/oder der verbrauchte Kraftstoff ein Minimum ist
Eine derartige Forderung wird erfüllt, wenn die Brennkraftmaschine mit einem möglichst mageren
Kraftstoff-Luft-Gemisch an der sogenannten Magerlaufgrenze, an der die Brennkraftmaschine mit einer
gerade noch vertretbaren Laufunruhe läuft, betrieben wird. Mit steigender Abmagerung des Betriebsgemisches
der Brennkraftmaschine treten verstärkt verschleppte Verbrennungen auf, da die Ladung der
Brennräume der Brennkraftmaschine nicht schnell und gleichmäßig genug entflammbar ist. Das resultiert in
unterschiedlich hohe Brennraumdruckverläufe, die wiederum ursächlich für Drehzahl- bzw. Drehmomentschwankungen
an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine sind.
Das eingangs genannte Verfahren ist durch die US-PS 37 89 816 bekannt. Bei der dort offenbarten
Lösung wird die Geschwindigkeit der Kurbelwellendrehung kontinuierlich in Form einer drehzahlproportionalen
Frequenz erfaßt. Nach dem Passieren von statischen Filtern, durch die unerwünschte Frequenzen unterdrückt
werden sollen, wird das verbleibende Signal differenziert, um die Geschwindigkeitsänderungen zu
erfassen und durch Gleichrichten des differenzierten Signals ein Absolutwert der Geschwindigkeitsänderung
so erzielt Da bestimmte niedrige Frequenzen, die z. B. von willkürlich ausgelösten Beschleunigungsvorgängen herrühren,
nicht völlig durch die Filter unterdrückt werden können, wird bei der bekannten Lösung ferner ein
Schaltkreis vorgesehen, durch den diese Frequenzen gesondert herausgefiltert und in eine gleichgerichtete
Absolutgröße verwandelt werden sollen, wobei bei
Überschreiten eines Schwellwertes die Regelung abgeschaltet wird.
Diese bekannte Lösung hat also den Nachteil, daß das solchermaßen erzeugte Laufunruhesignal kein reines,
nur auf die abmagerungsbedingten Schwankungen des Brennraumdrucks zurückzuführendes Signa! darstellt.
Insbesondere weist das Signal in nachteiliger Weise Ai.teile auf, die auf teilweise nicht kontrollierbare
Parameter der Brennkraftmaschine zurückzuführen sind, wie beispielsweise Luftzahl-, Füllungs- und
Turbulenzschwankungen. Weiterhin treten störende Einflüsse durch oszillierende Massen des Kurbeltriebs
■ und durch Ungleichförmigkeiten der Lastverhältnisse
bei einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, wobei die obengenannten Nachtei-Ie
so gut wie möglich vermieden werden und ein möglichst reines Laufunruhesignal für die Regelung der
Brennkraftmaschine erzielt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
a) Festlegung von Meß-Zeitintervallen, deren Dauer der variablen Dauer der Takte des Arbeitsprozesses
der Brennkraftmaschine entsprich;,
b) integration einer Meßgröße, die zumindest dem !5
sich in diesen Meßzeitintervallen ändernden Brennraumdruck entspricht als Größe entsprechend
dem mittleren Brennraumdruck,
c) Vergleich dieser Größe mit wenigstens einer entsprechend gebildeten in wenigstens einem
nachfolgenden Meß-Zeitintervall auftretenden Größe unter Bildung einer Differenzgröße als
Laufunruhesignal, das ein Maß für die zyklischen Schwankungen des mittleren Brennraumdrucks ist.
d) Verstellung der sich auf das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine auswirkenden Stellgröße in
Abhängigkeit von der Abweichung dieses Laufunruhesignals von einem Sollwert, wobei die Stellgröße
das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des der Brennkraftmaschine
zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder die rückgeführte Abgasmenge ist.
Weilerhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu
schaffen, mit deren Hilfe die Regelung einfach und zuverlässig vorgenommen werden kann. Besonderes
Augenmerk ist dabei darauf zu richten, daß die Regeleinrichtung im rauhen Betrieb eines Kraftfahrzeugs
zuverlässig arbeitet und daß gegebenenfalls im Kraftfahrzeug bereits vorhandene Meßwertgeber mitverwendet
werden könne. Schließlich soll die Einrichtung kostensparend aufgebaut sein.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Geber zur indirekten Erfassung des Brennraummitteldrucks
vorgesehen ist, der mit einem Istwertgeber verbunden ist, welcher ein die Schwankung des Brennraummitteldruckes
in zwei aufeinanderfolgenden Zeicintervallen charakterisierendes Signal bildet, daß der Istwertgeber
mit einem ersten Komparator zum Vergleich des Ausgangssignales des Istwertgebers mit einem aus
uciricuSpürärnciern der BrEnnkrafimsschinc gebildeten
Sollwert in Wirkverbindung steht und daß der erste Komparator mit einem Stellglied zur Beeinflussung der
sich auf das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine auswirkenden, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches
und/oder die rückgeführte Abgasmenge darstellenden Stellgröße in Wirkverbindung steht
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in
Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und
aus den zugehörigen Zeichnungen.
Es zeigt
F i g. 1 ein Diagramm, in dem Druckverläufe in einem
Zylinder der Brennkraftmaschine über der Zeit aufgetragen ist,
F ig. 2 Änderungen der Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches,
F i g. 3 eine Vielzahl der Signale nach F i g. 2 übereinander aufgetragen,
F i g. 4 eine Einrichtung zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von Brennraummitteldruckschwankungen
der Brennkraftmaschine,
F i g. 5 eine Speichereinrichtung,
F i g. 6 eine Einrichtung zur Bestimmung der Kraftstoff-Einspritzmenge
einer Brennkraftmaschine,
F i g. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Beeinflussung der Kraftstoffeinspritzmenge
in Abhängigkeit von Schwankungen des Brennraumrnitteldruckes
einer Brennkraftmaschine,
F i g. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Beeinflussung der Einspritzzeit in Abhängigkeit
von Schwankungen des Brennraummitteldrukkes oder in Abhängigkeit von der Zusammensetzung
des Abgases der Brennkraftmaschine,
Fig.9 eine Einrichtung zur Ermittlung der Zusammensetzung
des Abgases einer Brennkraftmaschine,
Fig. 10 ein letztes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung
zur Beeinflussung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeil
von Brennraummitteldruckschwankungen,
Fig. 11 einen Impulsplan zur Erläuterung des Ausführungsbeispieles nach F i g. 10,
Fig. 12 einen Schaltungsteil zur Ergänzung de: Ausführungsbeispieles nach F i g. 10,
Fig. 13 bis 15 Geberelemente zur indirekter
Erfassung der Brennraummitteldruckschwankunger und
Fig. 16 eine Anordnung zur Beeinflussung der Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine.
Im folgenden sollen Einrichtungen und Verfahrensschritte beschrieben werden, mit denen eine Brennkraftmaschine
wenigstens teilweise in ihrem an der mageren Laufgrenze gelegenen Betriebsbereich betrieben werden
soll. Unter der sogenannten mageren Laufgrenze soll dabei ein Betriebsbereich verstanden werden, be
dem erste verschleppte Verbrennungen auftreten Verbrennungsaussetzer treten erst bei 5 bis 10°/c
größeren Luftzahlen hin zu einem mageren Gemisch auf. In einem Bereich einer so definierten Laufgrenze isi
der Kraftstoffverbrauch im allgemeinen deutlich geringer als in einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine,
in dem ihr ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch
(Luftzahl A = I) zugeführt wird.
Die Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Gemisches welches der Brennkraftmaschine zugeführt wird, hat irr
allgemeinen eine Verminderung der Umsatzgeschwindigkeit des Gases im Brennraum zur Folge. Die
Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird vorr Bereich der oberen Totpunktlage des Kolbens immei
mehr in den Expansionshub des Kolbens verschoben Die zyklischen Schwankungen des Verbrennungsablau
fes und damit des Drehmomentes nehmen zu, so daß be nahezu konstantem Lastmoment die üblicherweise
relativ regelmäßigen Schwankungen der Winkelge schwindigkeit der Kurbelwelle zunehmend unregelmä
ßiger werden.
In F i g. 1 ist der Druckverlauf in einem Zylinder einei
Brennkraftmaschine schematisch dargestellt Der Drucl· wachst, erreicht ein Maximum und fällt danach steil ab
Dieser Druckverlauf ist durch starke Streuunger gekennzeichnet, die sich auf die Winkelgeschwindigkei
eier Kurbelwelle der Brennkraftmaschine auswirken
Aus den Kurvenverläufen ist bereits zu erkennen, daß eine ständige Messung des jeweils herrschenden
Brennraumdruckes zu keiner stabilen Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und damit des Betriebsverhaltens
einer Brennkraftmaschine führen kann. Betrachtet man jedoch den Druckverlauf in einem Bereich
zwischen Null und 180 Grad Kurbelwellendrehwinkel, und integriert die Augenblickswerte, dann ergibt sich
ein Brennraummitteldruck, der ebenfalls mit der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
schwankt. Die Streuungen der zyklischen Schwankungen dieses Brennraummitteldruckes in vorgegebenen
Zeitintervallen sollen ausgewertet werden und für eine Regelung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine
ausgenützt werden. Arn genauesten ist der Brennraummitteldruck in einer Brennkraftmaschine
naturgemäß durch Druckfühler im Brennraum der Brennkraftmaschine zu ermitteln. Derartige Messungen
sind jedoch äußerst aufwendig. Es ist deshalb einfacher, Drehmomentschwankungen an der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine zu ermitteln. Noch einfacher lassen sich Änderungen der Winkelgeschwindigkeit der
Brennkraftmaschine bzw. Laufzeitänderungen zwischen zwei bestimmten Winkelstellungen der Kurbelwelle
ermitteln. In Fig.2 ist zur Erläuterung des bisher geschilderten Sachverhaltes die normierte Änderung
der Winkelgeschwindigkeit aufgetragen. Die erste Kurve gilt dabei für eine Luftzahl A=I (stöchiometrisches
Gemisch), die zweite Kurve für eine Luftzahl λ« 1,15 und die dritte Kurve für eine Luftzahl λ« 1,25.
Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß die Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle mit
zunehmender Luftzahl, d. h. mit zunehmend magerem Gemisch größer werden, in F i g. 3 sind mehrere der in
F i g. 2 dargestellten Signale übereinander aufgetragen, so daß sich eine Bandbreite B ergibt. Wenn man für die
zu regelnde Brennkraftmaschine eine gewisse Streubreite der Winkelgeschwindigkeitsänderungen vorgibt,
die in Abhängigkeit von der Drehzahl und beispielsweise dem Saugrohrdruck veränderlich ist, kann unter
Zugrundelegung dieses Sollwertes und unter Zuhilfenahme des ermittelten Istwertes die Brennkraftmaschine
in dem vorgegebenen Betriebsbereich geregelt werden.
Eine solche Regelung hat den besonderen Vorteil, daß »Störgrößen« wie schwankende Motortemperatur,
Änderungen der physikalischen Eigenschaften von Verbrennungsluft und des Kraftstoffs sowie Langzeitänderungen
des Motors berücksichtigt werden.
In F i g. 4 ist eine Einrichtung dargestellt, mit deren
Hilfe die Einspritzzeit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung
in Abhängigkeit vom Brennraummitteldruckschwankungen geändert werden kann. Eine Brennkraftmaschine
20 ist über ein Ansaugrohr 21 und ein Luftfilter 22 mit der Außenluft verbunden. Im
Ansaugrohr 21 der Brennkraftmaschine 20 ist eine Drosselklappe 23 angeordnet, deren Funktion bekannt
ist und deshalb hier nicht nochmals beschrieben werden soll. Weiterhin ist in dem Ansaugrohr 21 eine
Stauklappe 24 angeordnet, die mit einer Einspritzeinrichtung 25 in Wirkverbindung steht. In Abhängigkeit
von der angesaugten Luftmenge wird die Stauklappe 24 verschwenkt, wobei bei größerer angesaugter Luftmenge
die Stauklappe 24 weiter ausgelenkt und damit die Einspritzzeit eines Einspritzventils 26 beeinflußt wird. Je
eines dieser Einspritzventile 26 sitzt in den Ansaugrohrzweigstutzen, die im Beispielsfall zu einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine
führen. Von der Brennkraftmaschine 20 weg führt eine Abgassammelleitung 27 zu einem
Auspuffsystem der Brennkraftmaschine.
Die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 20 ist, wie bei 28 schematisch angedeutet, verlängert und trägt
zwei Scheiben 29 und 30. Die Scheibe 29 weist dabei zwei Markierungen 31 und 32 auf, die die Winkelstellungen
Null Grad und 180 Grad Kurbelwellendrehwinkel markieren. Die zweite Scheibe 30 weist eine Vielzahl
von Zähnen auf, die zur Drehzahlmessung ausgenützt
ίο werden können. Zweckmäßigerweise kann als Scheibe
30 der Anlasserzahnkranz der Brennkraftmaschine 20 Verwendung finden.
Den Scheiben 29 und 30 gegenüber ist ein Geber 33 angeordnet, der zwei Einzelgeber 34 und 35 aufweist,
!5 die beispielsweise mit Oszillatoren versehen sind, wobei
eine Spule der Oszillatoren bei Vorbeibewegung der Markierungen 31 und 32 bzw. der Zähne 30 bedämpft
werden kann und dadurch die Einzelgeber 34 und 35 entsprechende elektrische Signale abgeben.
Der Einzelgeber 35 ist mit einem Impulsformer 36 verbunden, der an einen Istwertgeber 37 angeschlossen
ist. Der Istwertgeber 37 weist zwei Speichereinrichtungen 39 und 40 auf, deren Aufbau anhand von F i g. 5 noch
näher erläutert wird. Die beiden Speichereinrichtungen 39 und 40 sind mit einer gemeinsamen Taktleitung 38
verbunden, welche an den Einzelgeber 34 angeschlossen ist. Das Eingangssignal der zweiten Speichereinrichtung
40 und das Ausgangssignal dieser zweiten Speichereinrichtung
40 werden miteinander verglichen und das Differenzsignal in ein Analog-Schieberregister 41 mit η
Speicherplätzen eingespeichert. In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 sind vier Speichereinrichtungen 42,
43, 44 und 45 dargestellt, die ebenfalls mit der gemeinsamen Taktleitung verbunden sind. Die Eingänge
der einzelnen Speichereinrichtungen 42, 43, 44 und 45 sind mit einer Auswahlschaltung 46 verbunden,
welche Dioden 47,48,49,50, 51,52,53 und 54 aufweist.
Die Dioden 47, 49, 51 und 53 sind dabei mit ihren Anoden untereinander verbunden und an den ersten
Eingang einer Rechenschaltung 55 angeschlossen. Mit dem zweiten Eingang der Rechenschaltung 55 sind die
Kathoden der Dioden 48,50,52 und 54 verbunden. Die Rechenschaltung ist als Subtrahierer ausgebildet und
weist einen bei 56 angedeuteten Operationsverstärker auf. Am Ausgang der Rechenschaltung 55 liegt der
eigentliche Istwert, nämlich, die Streubreite der Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit an. Dieser
Istwert ist an einen ersten Eingang eines ersten Komparators 57 angelegt, an dessen zweiten Eingang
ein Funktionsgenerator 59 zur Bildung eines Sollwertes angeschlossen ist, Der Sollwert wird beispielsweise aus
der Drehzahl π und der mit Hilfe der Stauklappe 24 gemessenen Ansaugluftmenge ermittelt. Die Drehzahlinformation,
die dem Funktionsgenerator 59 zugeführt wird, wird von dem Einzelgeber 35 abgenommen. Der
erste Komparator ist mit einem Integralregler 58 verbunden, der in die Einspritzeinrichtung 25 im Sinne
einer Kraftstoffmehrmengenzugabe bzw. einer Kraftstoffverminderung eingreift
Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung ist folgende. Mit dem Geber 33, dem
Istwertgeber 37, dem Analog-Schieberregister 41, der Auswahlschaltung 46 und der Rechenschaltung 55 wird
der in Fig.3 als Bandbreite B eingetragene Istwert ermittelt und mit dem durch den Funktionsgenerator 58
gebildeten Sollwert der Streubreite BL verglichen. In
Abhängigkeit von den daraus resultierenden Signal wird in die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 25 eingegriffen. Mit
Hilfe des Einzelgebers 35 wird die Momentangeschwindigkeit der Kurbelwelle 28 der Brennkraftmaschine 20
gemessen und mit Hilfe des Einzelgebers 34 wird ein Signal gebildet, das diejenige Zeitmarke angibt, an der
der Meßvorgang zur Bestimmung der Änderung der mittleren Winkelgeschwindigkeit während des Arbeitsspieles
eines Kolbens neu gestartet wird. Das Ausgangssignal des Einzelgebers 35 wird über einen Impulsformer
in die erste Speichereinrichtung 39 eingespeichert. Wenn über die Taktleitung 38 ein Taktimpuls kommt,
wird der in der ersten Speichereinrichtung 39 gespeicherte Wert in die zweite Speichereinrichtung
übernommen und in die erste Speichereinrichtung 39 ein neuer Wert der Momentangeschwindigkeit eingespeichert.
Die Ausgangssignale der ersten Speichereinrichtung 39 und der zweiten Speichereinrichtung 40 werden
voneinander subtrahiert und die Differenzwerte in das Analog-Schieberegister 41 eingespeichert und bei
jedem Impuls, der von dem Einzelgeber 34 erzeugt wird und über die Taktleitung 38 gegeben wird weiter
geschoben. Die in dem Analog-Schieberregister gespeicherten Werte sind an die Auswahlschaltung 46
angelegt, die den größten und den kleinsten in dem Analog-Schieberegister 41 gespeicherten Wert ermittelt.
Die beiden mit Hilfe der Auswahlschaltung 46 ermittelten Werte werden nun voneinander subtrahiert,
so daß am Ausgang der Rechenschaltung 55 der Istwert erscheint, der die Bandbreite B der zyklischen
Schwankungen des Brennraummitteldruckes in vorgegebenen Zeitintervallen, hier in einem Bereich von Null
bis 180 Grad Kurbelwelle und von 180 Grad bis 360 Grad Kurbelwellendrehwinkel angibt. Der Istwert wird
mit dem Sollwert, der vorgegebenen Streubreite Bi. verglichen und je nach Ausgangssignal des ersten
Komparators wird über den Integralregler 58 im Sinne einer Kraftstoffverminderung bzw. einer Kraftstoffmehrmenge
in die Einspritzeinrichtung 25 eingegriffen. Mehr Kraftstoff wird zugegeben, wenn der Istwert
größer als der Sollwert ist, weniger Kraftstoff wird dagegen zugegeben, wenn der Sollwert größer als der
Istwert ist. Der Integralregler 58 ist vorgesehen, urn Totzeiten, die durch die Verbrennungsabläufe in
Brennkraftmaschinen 20 gegeben sind, in dem Regelkreis zu berücksichtigen. Auf den Integralregler 58 kann
beispielsweise dann verzichtet werden, wenn das Stellglied zur Beeinflussung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
integrales Verhalten aufweist, also beispielsweise ein Stellmotor ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Veränderung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
durch Beeinflussung einer Einspritz-Einrichtung gegeben. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann aber auch
ohne weiteres church ein Stellglied an einem Vergaser der Brennkraftmaschine beeinflußt werden.
In Fig.5 ist eine der Speichereinrichtungen 39, 40
bzw. 42 bis 45 dargestellt. Diese Speichereinrichtung weist eine Eingangsklemme 60 auf, welche beispielsweise
bei der ersten Speichereinrichtung 39 mit dem Ausgang des Impulsformers 36 'erbunden ist. Ferner
hat die Speichereinrichtung eine Ausgangsklemme, die bei der Speichereinrichtung 39 mit der zweiten
Speichereinrichtung 40 verbunden ist. Schließlich ist eine Eingangsklemme 62 vorgesehen, die mit der
Taktleitung 38 Verbindung hat. Die Klemme 60 ist mit der Schaltstrecke eines ersten Schalters 63 verbunden,
der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Feldeffekttransistor ausgebildet ist, dessen Steuerelektrode mit
der Eingangsklemme 62 verbunden ist. Ferner ist mit der Steuerelektrode über einen Umkehrverstärker 64
die Steuerelektrode eines zweiten Halbleiterschalters 65 verbunden, der im vorliegenden Fall ebenfalls ein
Feldeffekttransistor ist. Dem zweiten Feldeffekttransistor 65 ist ein Operationsverstärker 66 nachgeschaltet,
wobei der Feldeffekttransistor 65 mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 66
verbunden ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 66 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers
66 verbunden. Ferner ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 66
ein Kondensator 67 verbunden, der einseitig an Masse liegt und an die Verbindungsleitungen der beiden
Feldeffekttransistoren 63 und 65 ist ebenfalls ein Kondensator 68 angeschlossen, der einseitig an Masse
liegt. Diese hier beschriebene Schaltungsanordnung ist an sich unter dem Namen »track and hold«-Schaltung
bekannt. Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung soll deshalb nur noch kurz erwähnt werden. Wenn
an dem Takteingang 62 ein Signal anliegt, das den elektronischen Schalter 63 leitend macht, wird ein
drehzahlabhängiges Signal, das mit Hilfe des Einzelgebers 35 gewonnen wird, in dem Kondensator 68
eingespeichert, wobei die Spannung über dem Kondensator 68 mit steigender Drehzahl wächst. Dabei öffnet
der Schalter 63 beispielsweise bei Vorbeibewegung der Markierung 31 an dem Einzelgeber 34 und schließt bei
Vorbeibewegung der Markierung 32. Wenn der elektronische Schalter 63 geöffnet ist, ist der elektronische
Schalter 65 über den Umkehrverstärker 64 geschlossen. Ist dagegen der elektronische Schalter 63
geschlossen, dann ist der elektronische Schalter 65 geöffnet, d. h. dieser elektronische Schalter 65 wird bei
Vorbeibewegung der Markierung 32 leitend und bei Vorbeibewegung der Markierung 31 nichtleitend. Wenn
der elektronische Schalter 65 leitend wird, wird der in dem Kondensator 68 gespeicherte Wert in den
Kondensator 67 übernommen und dort gespeichert. Gleichzeitig liegt an der Ausgangsklemme 61 ein
entsprechendes analoges Signal an. Bei dem nächsten Schaltwechsel wird ein neuer Wert, der von dem
Einzelgeber 35 bereitgestellt wird, in dem Kondensator 68 gespeichert und beim darauffolgenden Schaltvorgang
wieder in den Kondensator 67 übernommen. Auf diese Weise ist es möglich, zwei nacheinander
anfallende Werte elektrisch zu speichern und dann mit der zweiten Speichereinrichtung 40 miteinander zu
vergleichen. Dies hat den Vorteil, daß bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 in dem Analog-Schiebe-Register
nicht absolute Werte, sondern Differenzwerte gespeichert werden können. Dies bedeutet eine
erhebliche Schaltungsvereinfachung.
In Fig.6 ist die Einspritzeinrichtung 25 genauer dargestellt. Diese Einspritzeinrichtung 25 enthält
eingangsseitig eine Schaltstufe 69, die beispielsweise als monostabile Kippstufe ausgebildet sein kann. Die
monostabile Kippstufe 69 wird von einem Impulsgeber 70 angesteuert, der als von einem Nocken betätigter
Schalter ausgebildet ist. Der Schalter 70 wird synchron zur Kurbelwellendrehzahl so oft geschlossen, daß jedem
Einspritzventil 26 bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung ein Einspritzimpuls zugeführt wird. Über den
Korrektureingang K wird die Impulsdauer der monostabilen Kippstufe 69 in Abhängigkeit von der
gemessenen Luftmenge verändert, so daß bei großer Luftmenge auch mehr Kraftstoff eingespritzt wird und
die Luftzahl λ des zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches konstant gehalten werden kann.
An den Ausgang der monostabilen Kippstufe 69 ist
eine Impulsverlängerungsstufe angeschlossen, die einen Speicherkondensator 71 enthält. Der Speicherkondensator
ist mit einer seiner Elektroden an den Kollektor eines Transistors 72 angeschlossen, dessen Emitter über
einen Widerstand 73 mit einer Plusleitung 74 verbunden ist. Die Basis des Transistors 72 ist weiterhin mit einer
Eingangsklemme L und über einen Widerstand 74 mit Masse verbunden. An die Eingangsklemme L ist der
Integralregler 58 nach F i g. 4 angeschlossen.
Der zweite Anschluß des Speicherkondensators 71 ist mit dem Kollektor eines Entladetransistors 75 verbunden.
Der Entladetransistor 75 liegt mit seiner Basis am Abgriff eines aus einem Widerstand 76 und einem
veränderlichen Widerstand 77 bestehenden Spannungsteilers. Der Emitter des Entladetransistors 75 ist über
einen Widerstand 78 mit der Plusleitung 79 verbunden. Weiterhin liegt zwischen dem Kollektor des Entladetransistors
75 und der Basis eines Umkehrtransistors 80 eine Diode 81, die so gepolt ist, daß sie den
Kollektorstrom des Entladetransistors 75 durchläßt. Die Basis des Umkehrtransistors 80 ist über einen
Widerstand 82 mit Masse verbunden. Zwischen dem Kollektor des Umkehrtransistors 80 und der Plusleitung
79 liegt ein Kollektorwiderstand 83.
Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 69 und der Kollektor des Umkehrtransistors 80 sind mit zwei
Eingängen eines ODER-Gatters 84 verbunden, das einem Schaltverstärker 85 vorgeschaltet ist. Der
Schaltverstärker 85 steuert eine Magnetwicklung 86 an, die zur Betätigung des Einspritzventiles 26 dient.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
25 ist an sich von anderen elektronisch gesteuerten Benzineinspriizanlagen bekannt, z. B. aus
der DT-AS 15 26 506. Sie wird daher nur noch kurz beschrieben. Die Dauer der Ausgangsimpulse der
monostabilen Kippstufe 69 ist, wie schon oben erwähnt, abhängig von der Luftmenge, die mit Hilfe der
Stauklappe 24 gemessen wird. Der Ausgangsimpuls der monostabilen Kippstufe 69 wird über das ODER-Gatter
84 direkt dem Schaltverstärker 85 zugeführt. An diesen Ausgangsimpuls schließt sich ein Verlängerungsimpuls
an, der in der Impulsverlängerungsstufe mit den Transistoren 72 und 75 gebildet wird. Die Dauer des
Verlängerungsimpulses ist proportional zur Dauer des Ausgangsimpulses der monostabilen Kippstufe 69.
Weiterhin wird die Dauer des Verlängerungsimpulses durch den veränderlichen Widerstand 77 beeinflußt, der
z. B. als NTC-Widerstand ausgebildet sein kann und dann zur Messung der Motortemperatur dient. Schließlich
läßt sich die Dauer des Verlängerungsimpulses noch durch die an der Eingangsklemme L anliegende
5η2ηηυησ beeinflussen. Die an dem Εϊησ2ησ L
anliegende Spannung beeinflußt über den Transistor 72 den Aufladestrom des Kondensators 71 während der
Impulsdauer der monostabilen Kippstufe 69. Damit beeinflußt sie auch die Höhe des Spannungssprungs, der
am Ende des Ausgangsimpulses der monostabilen Kippstufe 69 über den Kondensator 71 übertragen wird.
Dagegen beeinflußt eine Veränderung des Widerstandes 77 den Entladestrom des Kondensators 71 und
damit den Zeitpunkt, zu dem nach einer anfänglichen Sperrung des Umkehrtransistors 80 wieder leitend wird.
An der Klemme L greift gemäß F i g. 4 der Integralregler 58 ein und beeinflußt damit entsprechend dem
Ausgangssignal des ersten Komparators 57 die Dauer des Verlängerungsimpulses im Sinne einer Kraftstoffmehrmenge
bzw. einer Kraftstoffverlängerung.
An den Basiselektroden der beiden Transistoren 72 und 75 lassen sich auch noch weitere Korrekturspannungen
zuführen, so daß z. B. eine Gemischanreicherung während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine
20 erzielbar ist. Der Umkehrtransistor 80 ist im stationären Zustand leitend. Der Umkehrtransistor 80
kann gesperrt werden, wenn von dem Speicherkondensator 71 ein negativer Impuls übertragen wird. Das
Nutzsignal am Kollektor des Transistors 80 ist daher ebenso wie das Ausgangssignal der monostabilen
Kippstufe 69 ein Ζ,-Signal, d. h. es entspricht dem
Potential der Plusleitung 79. Das ODER-Gatter 84 gibt an seinem Ausgang ein /.-Signal ab, wenn an einem
seiner Eingänge ein L-Signal liegt. Daher wird der Ausgangsimpuls der Impulsverlängerungsstufe zeitlich
an den Ausgangsimpuls der monostabilen Kippstufe 69 angefügt.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine in einem besonderen Betriebsbereich, insbesondere in
einem Betriebsbereich ihrer mageren Laufgrenze dargestellt. Wie sich bei Untersuchungen herausgestellt
hat, treten insbesondere bei hohen Drehzahlen sehr häufig einseitige Änderungen der Winkelgeschwindigkeit
der Kurbelwelle 28 auf, d. h. die Winkelgeschwindigkeit nimmt über mehrere Zyklen zu bzw. nimmt über
mehrere Zyklen ab. Diese Erscheinung kann zweckmäßigerweise dazu benutzt werden, die Zeit, welche zur
Bildung des Istwertes für die Regelgröße erforderlich ist und die durch die Einspeicherung der Analog-Werte in
das Analog-Schieberegister 41 bestimmt ist, zu vermindern. Zu diesem Zweck ist ein Schaltungsteil zu der
ursprünglichen Einrichtungen nach F i g. 4 hinzugefügt, der im Fall einseitiger Abweichungen der Winkelgeschwindigkeit
an der Laufgrenze der Brennkraftmaschine oder beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine
eine schnelle Änderung der Stellgröße erlaubt. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 7 entspricht, wie schon
angedeutet, weitgehend der Einrichtung nach F i g. 4. Gleiche oder gleichwirkende Teile dieser in F i g. 7
beschriebenen Einrichtung tragen deshalb die gleichen Bezugszeichen wie bei der Einrichtung nach F i g. 4. Zur
Vereinfachung und Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden nur noch der hinzugekommene
Schaltungsteil zur Ermittlung einseitiger Änderungen der Winkelgeschwindigkeit beschrieben. Mit dem
Ausgang des Istwertgebers 37 ist ein Vollweggleichrichter 87 verbunden. An den Ausgang dieses Vollweggleichrichters
87 ist der erste Eingang eines zweiten Komparators 88 angelegt. Mit dem zweiten Eingang des
zweiten Komparators ist über ein Korrekturglied 89 der als Sollwertgeber dienende Funktionsgenerator 59
angeschlossen. Mit dem Ausgang des zweiten Korn^arators
88 ist ein Digital-Schieberegister 90 verbunden, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel fünf
Speicherplätze 91, 92, 93, 94 und 95 aufweist. Ein derartiges Digital-Schieberegister ist allgemein bekannt,
so daß auf eine weitere Erläuterung hier verzichtet werden kann. Die Ausgänge der einzelnen
Speicherplätze 91 bis 95 sind mit einer Einrichtung 96
zur Mittelwertbildung der Ausgangssignale verbunden. Diese Einrichtung zur Mittelwertbildung weist Widerstände
97, 98, 99, 100 und 101 auf, die einseitig untereinander verbunden sind, wobei die freien
Anschlüsse der Widerstände mit den Ausgängen der
Speicherplätze 91 bis 95 verbunden sind. Die Einrichtung 96 zur Mittelwertbildung ist über einen Verstärker
102 und eine Diode 103 mit dem ,ntegiairegier 58
verbunden, an den über eine Diode 10* juch cW
Ausgang des ersten !Comparators 55 angeschlossen ist
Die Wirkungsweise des beschriebenen Schaltungsteiles ist folgende. Die ?m Ausgang des Istwertgebers 37
auftretenden Signale werden auf dem Vollweggleichrichter 87 gegeben und über diesen zu dem zweiten
Komparator 88 geleitet und dort mit einem gegebenenfalls durch das Korrekturglied 89 veränderten Sollwert
verglichen. 1st der über den Vollweggleichrichter 87 abgenommene Istwert größer als der Sollwert, dann
wird beispielsweise ein L eingespeichert Ist der Istwert dagegen kleiner als der Sollwert, wird eine Null
eingespeichert. Mit Hilfe der Schalteinrichtung 96 wird
der Mittelwert der in dem Digital-Schieberegister 90 eingespeicherte Signale gebildet und je größer die Zahl
der L-Signale, desto größer wird der Mittelwert am Ausgang der Schalteinrichtung 96 sein. Dieses Signal
wird verstärkt und über die Diode 103 auf den Integralregler gegeben, der die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
25 beeinfußt Im vorliegenden Beispielsfall, d. h. bei einem L-Signal für den Fall, daß der Istwert größer
als der Soliwert ist, wird die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
im Sinne einer Kraftstoffanreicherung beeinflußt, damit die Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit
der Kurbelwelle abnehmen. Die Dioden 103 und 104 dienen im vorliegenden Fall dazu, eine gegenseitige
Beeinflussung des ersten Komparators 55 und des Verstärkers 102 zu unterbinden. Es ist jeweils die Diode
leitend, an deren Anode das positivere Signal anliegt
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine in einem
bestimmten Betriebsbereich ist in F i g. 8 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel geht es vor allem darum, in
bestimmten Betriebsfällen der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei starker Beschleunigung oder bei
untertourigem Betrieb von der Regelung der Brennkraftmaschine in dem Betriebsbereich ihrer mageren
Laufgrenze abzugehen und die Brennkraftmaschine mit ihrer Grundanpassung zu fahren oder auf eine
Regeleinrichtung für ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch umzuschalten.
Beim starken Beschleunigen kann es im Falle der Laufgrenzenregelung beispielsweise Schwierigkeiten
bereiten, die systematische Änderung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle, welche beim Beschleunigen
auftritt, von den zufälligen Änderungen (Regelgröße) der Winkelgeschwindigkeit zu unterscheiden.
Hierbei kann es vorkommen, daß in dem Fall, in dem eine eindeutige Unterscheidung mit Hilfe des Reglers
nicht möglich ist, mit vorgegebener Verstellgeschv, indigkeit das Kraftstoff-Luft-Gemisch angefette, wird,
wobei bei längeren Beschleunigungsvorgängen beispielsweise auch über die fette Laufgrenze der
Brennkraftmaschine hinaus angefettet werden könnte. Das soll jedoch vermieden werden, auch in solchen
Betriebsfällen der Brennkraftmaschine soll das maximale Drehmoment von der Brennkraftmaschine abgegeben
werden, d*mit die Fahrsicherheit des Kraftfahrzeuges nicht beeinträchtigt wird.
Zur Vermeidung derartiger Schwierigkeiten ist bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 vorgesehen, daß
von der Laufgrenzenregelung, wie sie in den Beispielsfällen nach F i g. 4 und 7 beschrieben ist, auf eine
λ-Regeleinrichtung umgeschaltet werden kann, wie sie beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
22 02 614 bekannt ist. Die Anordnung nach F i g. 8 entspricht dabei grundsätzlich dem Ausführungsbeispiel
nach F i g. 4, so daß zur Vermeidung von Wiederholung im folgenden nur die neu hinzugekommenen Schaltungsteile
erläutert werden sollen. Die Abgassammelleitung 27 führt dabei zu einem thermischen Reaktor 105,
in dem das in dem Abgas enthaltene Kohlenmonoxid und die Kohlenwasserstoffe verbrannt werden können.
Dem thermischen Reaktor 105 ist ein katalytischer Reaktor 106 über eine Verbindungsleitung 107 nachgeschaltet,
wobei in dem katalytischen Reaktor die in dem Abgas enthaltenen Stickoxide reduziert werden sollen.
In der Verbindungsleitung 107 ist ein an sich bekannter
ίο Sauerstoff-Fühler 108 angeordnet der beim Übergang
von einem fetten zu einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches der Brennkraftmaschine 20 zugeführt
wird, sein Ausgangssignal sprungartig ändert Dieses sprungartige Umschalten des Sauerstoff-Fühlers bei
einer Luftzahl A=I kann zu einer Regelung der Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich mit
einem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch verwendet
werden. Der Sauerstoff-Fühler 108 ist mit einer λ-Regeleinrichtung 109 verbunden, welche anhand von
Fig.9 noch näher erläutert werden wird. Die λ-Regeleinrichtung 109 ist mit einem ersten Kontakt
110 eines Umschalters 111 verbunden. Ein zweiter Kontakt 112 des Umschalters 111 ist an den
Integralregler 58 angelegt Der Schaltarm 113 des Umschalters Hl ist mit der Kraftstoff einspritzeinrichtung
25 verbunden, so daß wahlweise der Integralregler 58 oder die λ-Regeleinrichtung 109 mit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
25 verbunden werden kann. Der Schaltarm 113 des Umschalters Ul wird von einer
Magnetwicklung 114 betätigt, die mit einem Beschleunigungsgeber
115 verbunden ist. Der Beschleunigungsgeber kann beispielsweise ein Magnet 116 sein, der mit
einem bei 117 angedeuteten Gaspedal der Brennkraftmaschine verbunden ist. Dieser Magnet 116 wird an
einer Spule 117 vorbeibewegt, wobei in der Spule 117
ein von der Geschwindigkeit des Niedertretens des Gaspedals 117 abhängiges Signal induziert wird. Ist
dieses Signal ausreichend groß, dann wird die Magnetwicklung 114 betätigt. Damit wird erreicht, daß
beispielsweise bei starken Beschleunigungsvorgängen, in denen das Gaspedal 117 plötzlich und schnell
durchgetreten wird von der Laufgrenzenregelung die über den Integralregler 58 auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
25 einwirkt, auf die λ-Regeleinrichtung 109 umgeschaltet wird, so daß auch beim Beschleunigen der
Brennkraftmaschine ein gutes Fahrverhalten der Brennkraftmaschine erreicht wird.
In Fig.9 ist die λ-Regeleinrichtung 109 im Detail
dargestellt Sie enthält einen ersten Operationsverstärker 119, der zur proportionalen Verstärkung des
Ausgangssignales des Sauerstoff-Fühlers 108 dient, und einen zweiten Operationsverstärker 120, der als
Integralregler beschältet ist. Der Sauerstoff-Meßfühler
108 ist einerseits über einen Eingangswiderstand 121 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
119 und andererseits an Masse angeschlossen. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 119
liegt über einen Eingangswiderstand 122 am Abgriff eines aus zwei Widerständen 123 und 124 bestehenden
Spannungsteilers. Zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers HS
liegt ein Gegenkopplungswiderstand 125, dessen Größe den Verstärkungsfaktor bestimmt. Weiterhin ist dei
Ausgang des Operationsverstärkers 119 über einer Widerstand 126 mit der Plusleitung 79 verbunden, die zi
einer weiter nicht dargestellten Versorgungsbatterif des Kraftfahrzeuges führt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 119 lieg
über einen Eingangswiderstand 127 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 120. Der nicht
invertierende Eingang des Operationsverstärkers 120 ist über einen Widerstand 128 an den Abgriff eines
Spannungsteilers angelegt 'ier aus zwei Widerständen 129 und 130 besteht Weiterhin ist der Abgriff des
genannten Spannungsteilers über einen einstellbaren Widerstand 131 mit einer Eingangsklemme 132
verbunden. Im Gegenkopplungspfad des Operationsverstärkers IiO liegt zwischen dem Ausgang und dem
invertierenden Eingang ein Integrierkondensator 133. Schließlich ist der Ausgang des Operationsverstärkers
120 noch über einen Widerstand 134 mit der Plusleitung 79 und über einen Widerstand 135 mit der Klemme L
verbunden, die mit der Klemme L in F i g. 5 identisch ist Auch das Zusammenwirken der λ-Regeleinrichtung
109 nach F i g. 9 und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 25 nach F i g. 6 ist an sich bekannt, es soll deshalb im
folgenden nur noch kurz darauf eingegangen werden. Zur Beschreibung eines speziellen Betriebsfalles sei
beispielsweise angenommen, daß die Dauer der Ausgangsimpulse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung etwas
zu lang ist Es wird deshalb zu viel Kraftstoff eingespritzt und das Gemisch wird zu fett. Bei einem
fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch, d. h. bei einer Luftzahl λ<1, gibt der Sauerstoff-Fühler 108 eine relativ hohe
Ausgangsspannung ab.
Die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Fühlers 108 wird im Operationsverstärker 119 weiter verstärkt. Da
der Operationsverstärker 119 als Umkehrverstärker beschaltet, nimmt die Ausgangsspannung einen negativen
Wert an, der über den Eingangswiderstand 127 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 120
liegt. Dieser ist als Integrierer beschaltet und integriert demzufolge bei negativer Eingangsspannung in positiver
Richtung. Das Potential am Ausgang L verschiebt sich dabei langsam in positiver Richtung. Je positiver das
Eingangspotential am Punkt L ist, umso kleiner wird der durch den Transistor 72 fließenden Aufladestrom für
den Kondensator 71. Die Impulsdauer der Impulsverlängerungsstufe in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 25
wird dadurch verkürzt, so daß sich am Ausgang des ODER-Gatters 84 an den Ausgangsimpuls der monostabilen
Kippstufe 69 nur ein kürzerer Ausgangsimpuls der Impulsverlängerungsstufe anschließt Die Magnetwicklung
86 wird also für eine kürzere Zeit erregt, und es wird weniger Kraftstoff eingespritzt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch
wird abgemagert, bis die Luftzahl λ = 1,0 erreicht ist Dann nimmt die Ausgangsspannung des
Sauerstoff-Fühlers 108 schlagartig ab und der Operationsverstärker 120 integriert in umgekehrter Richtung
der oben beschriebenen Vorgänge in negativer Richtung, so daß die Dauer der Ausgangsimpulse der
Impulsverlängerung&ätufe wieder größer wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Regelung einer Brennkraftmaschine in einem bestimmten Betriebsbereich
ist in Fig. 10 dargestellt. Auch mit dieser Einrichtung läßt sich eine Brennkraftmaschine in einem
Bereich ihrer mageren Laufgrenze regeln, die üblicherweise um etwa 25% mageren Betrieb gegenüber der
Grundanpassung der Brennkraftmaschine bedeutet. Als Regelgröße bei der Regeleinrichtung nach F i g. 10 dient
die Schwankung von Laufzeiten über einen bestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle, im vorliegenden Beispielsfall über 180 Grad, die umgekehrt proportional der
mittleren Winkelgeschwindigkeit über den Kurbelwellendreh winkel 180 Grad sind. Als Einrichtung zur
Messung der Laufzeit dient eine Scheibe 136, die auf der
10 Kurbelwelle 28 der Brennkraftmaschine angeordnet ist Die Scheibe 136 trägt zwei Marken 137 und 138, die an
einem Geber 139 vorbeibewegt werden. Dem Geber 139 ist ein Impulsformer 140 zur Formung von
Rechteckimpulsen nachgeschaltet Über eine Ausgangsklemme A ist der Impulsformer mit einer Steuerschaltung
141 verbunden, die Ausgangsklemmen B, C, D und E aufweist Dabei ist die Ausgangsklemme E mit einem
Sollwertgeber 142 verbunden, welcher als Funktionsgenerator ausgebildet ist Die Ausgangsklemmen Oder
Steuerschaltung 141 betätigt zwei Halbleiterschalter 143 und 144, wobei der Halbleiterschalter 143 zu dem
Sollwertgeber 142 gehört Die Ausgangsklemmen J und C der Steuerschaltung 141 sind über je einen
Halbleiterschalter 145 und 146 mit je einem Speicher 147 bzw. 148 verbunden, die zu einem Istwertgeber 149
gehören. Der Istwertgeber 149 weist weiterhin einen Wechselspannungsverstärker 150 auf, der als Operationsverstärker
151 ausgebildet ist, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 152 mit den beiden
Speichern 147 und 148 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 151 ist über einen Vollweggleichrichter
an den ersten Eingang eines Komparator 157 angelegt an dessen zweiten Eingang über einen
Verstärker 153 einen Speicher 154, einen Widerstand 155 und den elektronischen Schalter 144 der Sollwertgeber
142 angelegt ist Mit dem Ausgang des ersten Komparators 78 ist ein erster Eingang einer bistabilen
Kippstufe 158 verbunden, deren Takteingang mit der Klemme Ddet Steuerschaltung 141 Verbindung hat. Der
Ausgang der bistabilen Kippstufe 158 ist einerseits mit dem zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe 158
verbunden und andererseits über einen einstellbaren Widerstand 159 mit einem Integralregler 160 verbunden
der als Operationsverstärker 161 mit einem Integrierkondensator 162 zwischen seinem Ausgang und seinem
invertierenden Eingang ausgebildet ist An den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 161
ist eine Referenzspannung angelegt, die am Abgriff eines Spannungsteilers aus Widerständen 163 und 164
abgenommen wird.
Die Steuerschaltung 141 weist eine erste monostabile Kippstufe 155 auf, deren Eingang mit der Eingangsklemme
A verbunden ist. Ein erster Ausgang der monostabilen Kippstufe 165 ist mit dem Eingang einer
zweiten monostabilen Kippstufe 166 verbunden, deren Ausgang mit der Ausgangsklemme D der Steuerschaltung
141 Verbindung hat. Ein zweiter Ausgang der ersten monostabilen Kippstufe hat mit dem Eingang
ι einer dritten monostabilen Kippstufe 167 Verbindung, deren Ausgang mit der Ausgangsklemme E verbunden
ist. Schließlich ist der zweite Ausgang der ersten monostabilen Kippstufe 165 noch mit dem Takteingang
einer bistabilen Kippstufe 168 verbunden, deren erster
> Ausgang mit einem ersten Eingang eines ersten UND-Gliedes 169 verbunden ist Der zweite Ausgang
der bistabilen Kippstufe 168 ist an einem ersten Eingang eines zweiten UND-Gliedes 170 angelegt. Die jeweils
zweiten Eingänge der UND-Glieder 169 und 170 sind
ι mit dem Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe
166 verbunden. Der Ausgang des ersten UND-Gliedes
169 ist an die Ausgangsklemme B der Steuerschaltung 141 geführt und der Ausgang des zweiten UND-Gliedes
170 an die Ausgangsklemme Cder Steuerschaltung 141
> angeschlossen. Die Ausgangsklemme B ist dabei mit der
Steuerelektrode des Halbleiterschalters 146 und die Ausgangsklemme C mit der Steuerelektrode des
Halbleiterschalters 145 verbunden. Mit der Schaltstrek-
Ice der beiden Halbleiterschalter 145 und 146 ist über
eine Klemme F ein Ausgang des Sollwertgebers 142 verbunden.
Der Sollwertgeber 142 weist drei Integrierer 171,172
und 173 auf, die als Operationsverstärker 174, 175 und ,
176 ausgebildet sind, wobei jeweils zwischen den Ausgang und einen Eingang der Operationsverstärker
174,175 und 176 Integrierkondensatoren 177,178 bzw.
179 geschaltet sind. Parallel zu den Integrierkondensatoren
177,178 und 179 sind Halbleiterschalter 180,181 ]n
und 182 angeordnet, deren Steuerelektroden mit der Ausgangsklemme E der Steuerschaltung 141 Verbindung
haben. Der erste Eingang des Operationsverstärkers 174 ist über einen Eingangswiderstand 183 mit dem
Abgriff eines Spannungsteilers aus Widerständen 184 Γ)
und 185 verbunden. Der Widerstand 185 kann dabei von dem Halbleiterschalter 143 überbrückt werden, dessen
Steuerelektrode mit der Ausgangsklemme D der Steuerschaltung 141 Verbindung hat Der Ausgang des
dritten Operationsverstärkers 176 ist mit einer Aus- 2r>
gangsklemme G verbunden und stellt gleichzeitig den Ausgang des Sollwertgebers dar und ist, wie schon
weiter oben angedeutet, mit dem Halbleiterschalter 144 verbunden. Als Halbleiterschalter sind in diesem
Ausführungsbeispiel nach Fi g. 10 Feldeffekt-Transistoren
verwendet
Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 10 soll anhand des Impulsplanes nach Fig. 11
erläutert werden. Bei Vorbeibewegung der Markierungen 137 bzw. 138 der Scheibe 136 an dem Geber 139 in
wird ein elektrisches Signal erzeugt, das mit Hilfe des Impulsformers 140 in ein Rechtecksignal umgeformt
wird. Die Folge der Rechtecksignale, die der Impulsformer 140 abgibt, liegt an der Eingangsklemme A der
Steuerschaltung 141 an. Erscheint an der Klemme A ein Rechteckimpuls, so wird die erste monostabile Kippstufe
165 ausgelöst, wobei der in F i g. 11 bei Mangedeutete
Impuls 186 auftritt. Die erste monostabile Kippstufe 165 bildet aus den Impulsen an der Eingangsklemme A, die
eine unterschiedliche Impulsbreite haben können, jo Impulse mit konstanter Impulsbreite. Beim Umschalten
der ersten monostabilen Kippstufe in den instabilen Schaltzustand wird die zweite monostabile Kippstufe
166 angestoßen, die ebenfalls in den instabilen Schaltzustand kippt. Am Ausgang der zweiten monostabilen
Kippstufe 166 tritt die in Fig. 11 bei D angedeutete Impulsfolge auf. Wenn die erste monostabile
Kippstufe 165 wieder in ihre stabile Schaltlage zurückkippt, d. h. mit der negativen Flanke des in
F i g. 11 M dargestellten Impulses wird die dritte monostabile Kippstufe 167 ausgelöst, so daß die in
Fig. 11 bei E angedeutete Impulsfolge an der Ausgangsklemme E der Steuerschaltung 141 erscheint.
Mit der negativen Flanke der in Fig. 11 bei M angedeuteten Impulsfolge wird jeweils auch die ϊ5
bistabile Kippstufe 168 umgeschaltet. Am Ausgang H der bistabilen Kippstufe tritt dabei die in F i g. 11 H
dargestellt Impulsfolge auf. Je nach Schaltzustand der bistabilen Kippstufe erscheint deshalb bei Auftreten
eines Impulses an der Ausgangsklemme Dwechselweise t.o
an der Ausgangsklemme ßbzw. C ein Ausgangsinipuls. Die bistabile Kippstufe 168 wirkt dabei in Verbindung
mit den UND-Gliedern 169 und 170 als 2:1 Frequenzteiler. Die Ausgangsimpulse, die an der
Klemme G der Steuerschaltung 141 auftreten, sind an iv>
die Steuerelektroden der Halbleiterschalter 180, 181, 182 angelegt, die bei Auftreten eines Impulses an der
Klemme £die Integrierkondensatoren 177,178 und 179 des Sollwertgebers 142 kurzschließen und damit
entladen.
In dem Sollwertgeber 142 seil im vorliegenden Fall,
wie schon weiter oben angedeutet, ein drehzahlabhängigcr Sollwert gebildet werden. Bei entsprechender
Drehumstellung lassen sich im Sollwertgeber weitere Motorparameter wie Saugrohrdruck, Kühlwassertemperatur
u. a. berücksichtigen. Es hat sich herausgestellt, daß der Sollwert der Laufzeitschwankungen Δ Tsou bei
konstanten Mitteldruckschwankungen in den Arbeitszylindern des Motors proportional T3 ist, wobei T die
mittlere Laufzeit der Kurbelwelle über den Winkel λ ist
Da T3 proportional 1 : n3 ist wobei η für die Drehzahl
steht, muß in dem Sollwertgeber ein elektrisches Signal gebildet werden, das dem in F i g. 11 G dargestellten
Verlauf hat. Wie aus F i g. 11 G zu ersehen ist, steigt die
Spannung zwischen zwei von den Markierungen 137 bzw. 138 ausgelösten Impulsen nach einer kubischen
Funktion an. Diese Spannung wird dadurch gebildet, daß eine an dem ersten Eingang des Operationsverstärkers
174 anliegende Spannung, die durch den Spannungsteiler 184, 185 gebildet wird, dreimal integriert
wird. Der Integriervorgang wird dadurch eingeleitet, daß mit Hilfe des an der Ausgangsklemme D der
Steuerschaltung 141 auftretenden Impulses der Halbleiterschalter 143 leitend gemacht wird, und damit die
Spannung am Eingang des ersten Operationsverstärkers kurzzeitig zu Null gemacht wird. Wenn der
Halbleiterschalter 143 nach Abklingen des Impulses an der Ausgangsklemme D wieder gesperrt ist, beginnt die
Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 174 gemäß dem in F i g. 11 F dargestellten Kurvenzug zu
steigen. Diese Spannung ist einerseits an den zweiten Operationsverstärker 175 angelegt und führt andererseits
zu der Klemme F, die mit dem Istwertgeber 149 in Verbindung steht. Wenn die Halbleiterschalter 155 und
146 wechselweise beim Auftreten der Ausgangsimpulse an D und C in ihren leitenden Zustand geschaltet
werden, wird die an der Klemme F anliegende Ausgangsspannung des ersten Integrierers 171 in den
jeweiligen Speicher 147 bzw. 148 übernommen. Dies geschieht, um jeweils zwei Meßgrößen, im vorliegenden
Fall Laufzeiten, zu vergleichen, die in Bezug auf gleiche Drehwinkel der Kurbelwelle bestimmt wurden. Für
einen Sechszylindermotor würden hier beispielsweise drei Speicherplätze notwendig sein.
Die Spannung, die am Verbindungspunkt der beiden Speicher 147 und 148 anliegt, hat einen Gleichspannungsanteil,
der gleich der mittleren Laufzeit der Kurbelwelle über einen bestimmten Kurbelwellendrehwinkel
ist, d. h., die gleich der mittleren Periodendauer T der an Klemme A auftretenden Impulsfolge ist.
Außerdem hat die am Verbindungspunkt der Speicher
147 und 148 anliegende Spannung einen Wechseispannungsanteil,
de.sse Amplitude proportional den Periodendauer-Schwankungen der Impulsfolge bzw. proportional
den Schwankungen der Laufzeit ist. Dies ist der gewünschte Istwert für die Regelung.
Mit Hilfe der an der Ausgangsklemme D der Steuerschaltung 141 auftretenden Impulse werden die
an der Ausgangsklemme G des Sollwertgebers 142 auftretenden Spitzenwerte in einem dritten Speicher
154 gespeichert, wobei die Spannung an der Ausgangsklemme G dann übernommen wird, wenn der
Halbleiterschalter 144 durch die Ausgangsimpulse an D in seinen leitenden Zustand gesteuert wird. Der in dem
Speicher 154 gespeicherte Meßwert ist der Sollwert für die Regelgröße. Mit Hilfe des ersten !Comparators 157
werden Sollwert und Istwert miteinander verglichen und am Ausgang des ersten Komparator ergeben sich
kurze impulse, wenn der Istwert größer als der Sollwert ist Keine Impulse ergeben sich dagegen am Ausgang
des ersten Komparators 157, wenn der Istwert kleiner -, als der Sollwert ist Der Ausgang des ersten
Komparators ist mit dem Set-Eingang der bistabilen Kippstufe 158 verbunden und schaltet diese beim
Auftreten von Impulsen am Ausgang des ersten Komparators in eine Schaltlage, in der am Ausgang der u>
bistabilen Kippstufe 158 ein L-Signal anliegt Bei jedem
Taktimpuls, der an der Ausgangsklemme D der Steuerschaltung 141 auftritt, wird dagegen die bistabile
Kippstufe 158 in eine Lage geschaltet in der an dem Ausgang der bistabilen Kippstufe 158 ein Null-Signal ,-,
anliegt.
Ist der Istwert kleiner als der Sollwert, tritt am
Ausgang des ersten Komparators, wie schon weiter oben angedeutet, ein konstantes Null-Signal auf. Das
bedeutet daß auf den Set-Eingang der bistabilen >0
Kippstufe 158 kein Impuls kommt. Infolgedessen liegt am Ausgang der bistabilen Kippstufe 158 ein Null-Signal an und der Integrator 160 integriert in positiver
Richtung, d. h. die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 161 wächst und mit Hilfe dieser Ausgangs- ι;
spannung wird der Istwert in Richtung Sollwert vergrößert.
Ist dagegen der Istwert größer als der Sollwert, tritt am Ausgang des ersten Komparators eine Impulsfolge
auf. Mit Hilfe der Taktimpulse wird die bistabile jn
Kippstufe 158 in eine Lage gebracht, in der am Ausgang ein Null-Signal auftritt. Durch Impulse auf den
Set-Eingang der bistabilen Kippstufe 158 wird diese jedoch so umgeschaltet, daß am Ausgang ein L-Signa!
auftritt, das bewirkt, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 161 gegen Null geht. Mit ihrem
Taktimpuls, der an der Klemme D der Steuerschaltung 141 auftritt, wird die bistabile Kippstufe 158 wieder in
ihre Vorzugslr.ge zurückgeschaltet, in der am Ausgang wieder das Null-Signal auftritt.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 10 ist es möglich, daß entsprechend dem Ausführungsbeispiel
nach F i g. 8 bei sehr starker Beschleunigung auf die Grundanpassung der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Aufbereitungseinrichtung oder auf eine A-Regeleinrichtung r>
umgeschaltet wird, damit das maximale Drehmoment der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Die
Umschaltung erfolgt entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 beispielsweise mit einem Beschleunigungsgeber entsprechend dem Beschleunigungsgeber oo
115 bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig.8. Anstelle
dieses Beschleunigungsgebers kann beispielsweise auch ein beliebiger anderer Geber verwendet werden,
beispielsweise ein an sich bekannter Drosselklappenschalter.
Eine andere Möglichkeit, die Regeleinrichtung nach Fig. 10 auch bei stärkerem Beschleunigen der Brennkraftmaschine sinnvoll einsetzen zu können, ist in
Fig. 12 dargestellt Fig. 12 zeigt einen Schaltungsteil,
der zwischen zwei Klemmen 187 und 188 des bo Ausführungsbeispieles nach Fig. 10 geschaltet werden
kann. Darüber hinaus sind bei dem Schaltungsteil nach Fig. 12 Klemmen 189 und 190 vorgesehen, wobei die
Klemme 189 mit der Klemme M nach F i g. 10 und die Klemme 190 mit der Klemme D der Steuerschaltung t>5
141 nach Fig. 10 verbunden ist. Die Klemme 187 führt
zu einem Integrator 191, der durch einen Operationsverstärker 192, einen Integrierkondensator 193 und
r>
40
einen Eingangswiderstand 194 gebildet wird. Parallel zu
dem Integrierkondensator 193 ist ein Halbleiterschalter 195 angeordnet, mit dessen Hilfe der Integrierkondensator überbrückt werden kann und damit der Integrator
auf Null gesetzt werden kann. Die Steuerelektrode des Ha'bleiterschalters 195 ist mit der Klemme 189
verbunden. Dem Ausgang des Operationsverstärkers 192 ist die Schaltstrecke eines Halbleiterschalters 196
nachgeschaltet der mit seiner Steuerslektrode an eine monostabile Kippstufe 197 angelegt ist Die monostabile
Kippstufe 197 ist mit der Klemme 190 verbunden. Dem Halbleiterschalter 1% ist ein Wechselspannungsverstärker 198 nachgeschaltet, der im wesentlichen einen
Operationsverstärker 199, einen Rückkopplungswiderstand 200, einen Eingangswiderstand 201 und einen
diesem Eingangswiderstand vorgeschalteten Kondensator 202 aufweist
Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung ist folgende. An der Klemme 187 tritt eine
Wechselspannung auf, deren Amplitude proportional zu den Schwankungen der Laufzeit ist. Diese Spannung
wird mit Hilfe des Integrators 191 integriert und eine der Impulshöhe entsprechende Spannung erzeugt.
Diese Spannung ist proportional zur Motorbeschleunigung d.h. bei konstanter Beschleunigung der Brennkraftmaschine ebenfalls konstant. Die Änderungen
dieser Spannung sind damit nur noch abhängig von zufälligen Streuungen der Laufzeit des Motors und nicht
von Änderungen der Laufzeit infolge Beschleunigung der Brennkraftmaschine. Die Spannung am Ausgang
des Operationsverstärkers 192 wird bei geschlossenem Halbleiterschalter 196, der von der monostabilen
Kippstufe 197 betätigt wird, in einen Wechselspannungsverstärker übernommen und von diesem verstärkt
an die Klemme 188 weitergegeben. Mit der hier beschriebenen Anordnung ist auch bei stärkeren
Beschleunigungen der Brennkraftmaschine eine Regelung in einem Betriebsbereich der mageren Laufgrenze
der Brennkraftmaschine möglich.
In den Fig. 13 bis 15 sind verschiedene Geber
dargestellt, wie sie beispielsweise bei der Messung von Änderungen der mittleren Winkelgeschwindigkeit bzw.
bei Laufzeitmessungen Verwendung finden können. Mit dem Geber nach Fig. 13, der die Scheibe 29 mit den
Markierungen 31 und 32 aufweist ist dazu geeignet, die mittlere Winkelgeschwindigkeit über bestimmte Kurbelwellenwinkel, hier 180°, d. h. bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine, zu messen. Bei Fig. 13 ist angedeutet, daß einmal die mittlere Winkelgeschwindigkeit
zwischen der Marke 31 und der Marke 32 gemessen wird und daß der darauffolgende Meßwert in dem
Bereich zwischen der Marke 32 und der Marke 31 erhältlich ist. Diese Bereiche gelten nur in Bezug auf
eine Vorbeibewegung an einer Spule 203.
Da es beispielsweise infolge von Fertigungstoleranzen vorkommen kann, daß der Winkelbereich zwischen
der Markierung 31 und der Markierung 32 nicht identisch ist mit dem Bereich zwischen der Markierung
32 und der Markierung 31, ist es zweckmäßig, gleiche Bereiche zu verwenden, d. h. es kann beispielsweise bei
dem Geber nach Fig. 13 die mittlere Winkelgeschwindigkeit zwischen der Marke 31 und der Marke 32
ermittelt werden und der nächste Meßwert erst nach e<ner Umdrehung der Scheibe 29 ebenfalls wieder
zwischen den Marken 31 und 32 abgenommen werden. Dies bedeutet, daß der Bereich zwischen der Marke 32
und der Marke 31 nicht benutzt wird und daß nur ein Meßwert pro Umdrehung der Kurbelwelle anfällt.
In Fig. 14 ist dargestellt, wie man mit derselben Anordnung zwei Meßwerte pro Kurbelwellenumdrehung
erhalten kann. Die Scheibe 29 trägt auch hier wieder die beiden Markierungen 31 und 32, die an der
Spule 203 vorbeibewegt werden. Mißt man nun die mittlere Winkelgeschwindigkeit über eine ganze Kurbelwellenumdrehung,
d. h. von einer ersten Vorbeibewegung der Markierung 31 bis zu einer zweiten Vorbeibewegung der Markierung 31 und gleichzeitig
die mittlere Winkelgeschwindigkeit in einem Bereich, der durch eine erste Vorbeibewegung der Markierung
32 und eine zweite Vorbeibewegung der Markierung 32 gekennzeichnet ist, dann erhält man pro Kurbelwellenumdrehung
zwei Informationen, wobei die jeweils abgegebenen Meßwerte über identische Winkeibereiche
gegeben werden. F i g. 15 zeigt schließlich noch eine Scheibe 204, die für Laufzeitmessungen geeignet ist. Die
Scheibe 204 ist auf der Kurbelwelle 28 der Brennkraftmaschine 20 angeordnet und weist Markierungen 205,
206, 207, 208, 209 und 210 auf. Diese Anordnung ist geeignet, um die Laufzeit jeweils in den Bereichen
zwischen den Markierungen 205 und 206, zwischen den Markierungen 207 und 208 und zwischen den Markierungen
209 und 210 bei Vorbeibewegung an einer Spule 211 zu messen. Die dreigeteilte Anordnung ist dabei für
einen Sechszylindermotor geeignet, da hier pro Arbeitsspiel eines Kolbens der Brennkraftmaschine eine
Drittelumdrehung der Kurbelwelle in Betracht kommt.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist davon ausgegangen, daß der Ausgang des ersten
Komparators mit einer Kraftstoffeinspritzanlage oder einem Vergaser einer Brennkraftmaschine in Wirkverbindung
steht, um über die Kraftstoffaufbereitungseinrichtung die Brennkraftmaschine in einem bestimmten
Betriebsbereich zu regeln. Eine weitere Möglichkeit, die Brennkraftmaschine in einem bestimmten Betriebsbereich
zu regeln, ist in Fig. 16 dargestellt. Dort ist die Brennkraftmaschine 20 noch einmal schematisch angedeutet.
Von der Abgassammelleitung 27 der Brennkraftmaschine 20 führt eine Abgasrückführungsleitung 212
zu dem Ansaugrohr 21 der Brennkraftmaschine 20. In der Abgasrückführungsleitung 212 ist ein Ventil 213
angeordnet, das die rückgeführte Abgasmenge bestimmt. Bei weiter geöffnetem Ventil 213 ist die
rückgeführte Abgasmenge größer, während beim Schließen des Ventiles 213 die rückgeführte Abgasmenge
kleiner wird. Wenn das Ventil 213 über einen Stellmotor 214, der integrales Verhalten aufweist, mit
dem ersten Komparator 57 der Ausführungsbeispiele nach Fig.4, Fig. 7, Fig.8 oder Fig. 10 verbunden
wird, dann kann die Brennkraftmaschine 20 in einem bestimmten Betriebsbereich dadurch geregelt werden,
daß die rückgeführte Abgasmenge durch Stellen des Ventiles 213 verändert wird. Bei einem Betrieb der
Brennkraftmaschine an ihrer mageren Laufgrenze würde das beispielsweise bedeuten, daß in dem Fall, in
dem die Mitteldruckschwankungen der Brennkraftmaschine und damit die Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit
über den gewünschten Sollwert hinaus zunehmen, die rückgeführte Abgasmenge verlängert
wird, während in dem Fall, in dem die Schwankungen des Brennraummitteldruckes und damit die Schwankungen
der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle unterhalb des gewünschten Sollwertes liegen, die rückgeführte
Abgasmenge vergrößert wird.
Die Regeleinrichtungen, wie sie in den Ausführungsbeispieien nach Fig.4, 7, 8 oder 10 beschrieben sind,
ändern sich dabei grundsätzlich nicht.
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen