DE2443413A1 - PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR CONTROLLING THE OPERATING BEHAVIOR OF AN COMBUSTION ENGINE - Google Patents
PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR CONTROLLING THE OPERATING BEHAVIOR OF AN COMBUSTION ENGINEInfo
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Description
15. 8. 1974 Ka/DoAugust 15, 1974 Ka / Thu
Anlage zur
PatentanmeldungAttachment to
Patent application
Verfahren und Einrichtung zur Regelung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine Method and device for regulating the operating behavior of an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine in einem vorgegebenen Betriebsbereich, wobei in Abhängigkeit von Schwankungen von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine deren Betriebsverhalten verändert wird.The invention relates to a method for regulating the operating behavior of an internal combustion engine in a predetermined one Operating range, with its operating behavior as a function of fluctuations in operating parameters of the internal combustion engine is changed.
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 ΐ/erden können und/oder in dem der verbrauchte Kraftstoff ein Minimum ist.As a result of stricter emissions regulations and due to the general Solutions to fuel shortages are sought which internal combustion engines can be operated in an operating range in which the harmful components of the exhaust gas are " reduced to a minimum ΐ / can ground and / or in which the consumed Fuel is a minimum.
Um einer derartigen Forderung zu genügen, bietet es sich auf den ersten Blick an, die Brennkraftmaschine mit einem möglichst mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch zu betreiben, d.h. an der soge-In order to meet such a requirement, it is obvious at first glance to equip the internal combustion engine with a to operate a lean fuel-air mixture, i.e. at the so-called
609813/0112 - 2 -609813/0112 - 2 -
2 2 9 ;2 2 9;
nannten mageren Laufgrenze der Brennkraftmaschine zu fahren. In diesem Betriebsbereich ist mit einem relativ schadstoffarmen Abgas und einem geringen Kraftstoffverbrauch zu rechnen. Als kennzeichnende Größe für die magere Laufgrenze bietet sich dabei zunächst die Schwankung des Druckverlaufs in den Zylindern einer Brennkraftmaschine an.called the lean running limit of the internal combustion engine. Relatively low-emission exhaust gas and low fuel consumption can be expected in this operating range. The fluctuation in the pressure curve in the cylinders is the characteristic variable for the lean running limit an internal combustion engine.
Bei genauerer Betrachtung des geschilderten Problems stellt sich jedoch heraus, daß die einzelnen Druckverläufe von nicht kontrollierbaren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine bestimmt werden, beispielsweise von Luftzahl-, Füllungs- und Turbulenzschwankungen. Wird der Brennraumdruck über die Momentanwerte der Winkelgeschwindigkeit an der Kurbelwelle gemessen, treten weitere störende Einflüsse auf, beispielsweise durch die oszillierenden Massen des Kurbeltriebs, Unebenheiten der Fahrbahn des Kraftfahrzeuges oder durch irgendwelche Kräfte auf den Motorblock der Brennkraftmaschine. Die beschriebenen Schwankungen, die dem normalen Druckverlauf in einem Zylinder der Brennkraftmaschine überlagert sind, und die sich in Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ausdrücken, könnten zwar mit Tiefpässen herausgefiltert werden, jedoch ist die Verwendung von derartigen Filtern äußerst problematisch, da die Brennkraftmaschine 'in einem weiten Drehzahlbereich betrieben werden soll. Dadurch ist es schwierig, bei niederen Drehzahlen (Frequenzen) und bei hohen Drehzahlen gleichermaßen geeignete Filter zu finden.On closer inspection of the problem described, however, it turns out that the individual pressure curves of not controllable operating parameters of the internal combustion engine are determined, for example by air ratio, filling and Turbulence fluctuations. If the combustion chamber pressure is determined by the instantaneous values of the angular velocity on the crankshaft measured, further disruptive influences occur, for example due to the oscillating masses of the crank drive, Unevenness in the road surface of the motor vehicle or any forces on the engine block of the internal combustion engine. The fluctuations described, which are superimposed on the normal pressure curve in a cylinder of the internal combustion engine, and that are expressed in fluctuations in the angular velocity of the crankshaft, could indeed be filtered out with low-pass filters are, however, the use of such filters is extremely problematic because the internal combustion engine 'in should be operated over a wide speed range. This makes it difficult at low speeds (frequencies) and to find suitable filters equally at high speeds.
Ausgehend von den geschilderten Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, mit dessen Hilfe die Regelung der Brennkraftmaschine in einem bestimmten Betriebsbereich möglich ist, ohne daß die dabei erwähnten Schwierigkeiten bzw. Nachteile auftreten.Proceeding from the problems outlined, the object of the invention is to find a method with which Help the control of the internal combustion engine in a certain operating range is possible without the mentioned Difficulties or disadvantages arise.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Ionenströme im Brennraum der Brennkraftmaschine zur Kennzeichnung des Ist-Wertes für das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine erfaßt werden und mit einem Soll-Wert verglichenThis object is achieved according to the invention in that ion currents in the combustion chamber of the internal combustion engine are used for identification the actual value for the operating behavior of the internal combustion engine can be detected and compared with a setpoint value
— "5 — SÜ9813/01 12- "5 - SÜ9813 / 01 12
_ 3 . 244341_ 3. 244341
werden und daß in Abhängigkeit von der Regelabweichung über ein Stellglied das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine geändert wird.and that as a function of the control deviation via an actuator, the operating behavior of the internal combustion engine will be changed.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, oine 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 auch im rauhen Betrieb eines Kraftfahrzeuges zuverlässig arbeitet und daß gegebenenfalls im Kraftfahrzeug bereits vorhandene Meßwertgeber mitverwendet werden können. Schließlich soll die Einrichtung kostensparend aufgebaut sein.A further object of the invention is to provide a device to create the implementation of the method, with the help of which the regulation is carried out easily and reliably can be. Particular attention must be paid to ensuring that the control device is also used in the rough operation of a motor vehicle works reliably and that possibly also uses existing transducers in the motor vehicle can be. After all, the facility should be designed to save costs.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Ionenstromsensor im Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet ist, der mit einer Vergleichseinrichtung in Wirkverbindung steht, an die außerdem ein Soll-Wert-Signal angelegt ist, wobei der Ausgang der Vergleichseinrichtung mit einer insbesondere Integralverhalten aufweisenden Stelleinrichtung zur Beeinflußung des Mischungsverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder der Abgasrückführungsrate in Wirkverbindung steht.This object is achieved according to the invention in that an ion current sensor arranged in the combustion chamber of the internal combustion engine which is in operative connection with a comparison device to which a setpoint value signal is also applied is, wherein the output of the comparison device with a control device in particular exhibiting integral behavior to influence the mixing ratio of the fuel-air mixture and / or the exhaust gas recirculation rate is in operative connection.
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 zeigen:Further advantageous refinements and expedient developments of the invention emerge in connection with the subclaims from the following description of exemplary embodiments and from the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 den Verlauf von Ionenströmen über der Zeit, wobei die Ionenstromkurven von verschiedenen Zylindern einer Brennkraftmaschine aufgetragen sind,Fig. 1 shows the course of ion currents over time, the ion current curves of different Cylinders of an internal combustion engine are applied,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem die mittlere relative Schwankung der Ionenströme über der Luftzahl aufgetragen ist,2 shows a diagram in which the mean relative fluctuation of the ion currents is plotted against the air ratio is,
_ 4 _ 609813/0112_ 4 _ 609813/0112
Pig. 3 den Brennraum eines Motors in dem eine Zündkerze und eine Ionenstromsonde angeordnet sind,Pig. 3 the combustion chamber of an engine in which a spark plug and an ion current probe are arranged,
Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Häufigkeitsverteilung H für den EntflammungsZeitpunkt (-winkel) an der Zündkerze und für den Ankunftszeitpunkt (-winkel) an der Ionenstromsonde der Anordnung nach Fig. 3 über der Zeit aufgetragen sind.4 is a diagram in which the frequency distribution H for the ignition time (angle) at the Spark plug and for the arrival time (angle) at the ion current probe of the arrangement according to FIG. 3 are plotted over time.
Fig. 5 ein Diagramm, in dem die mittlere relative Schwankung von Flammenlaufzeiten in dem Brennraum einer Brennkraftmaschine über der Luftzahl λ aufgetragen sind,5 shows a diagram in which the mean relative fluctuation of flame run times in the combustion chamber of an internal combustion engine is plotted against the air ratio λ,
Fig. 6 die Kombination einer Zündkerze und einer Ionenstromsonde, 6 shows the combination of a spark plug and an ion current probe,
Fig. 7 eine Einrichtung zur Regelung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der F lammen lauf ze it zv/ischen Zündkerze und der Ionenstromsonde, 7 shows a device for regulating the operating behavior of an internal combustion engine as a function of the Flame runtime between the spark plug and the ion current probe,
Fig. 8 den Teil einer Einrichtung zur Soll-Wert-Bildung für die Einrichtung nach Fig. 7 und8 shows the part of a device for generating setpoint values for the device according to FIGS. 7 and
Fig. 9 einen Impulsplan zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele nach Fig. 7 bzw. Fig. 8.9 shows a pulse diagram for explaining the exemplary embodiments according to FIG. 7 and FIG. 8.
Im folgenden sollen Einrichtungen und Verfahrensschritte beschrieben werden, mit denen eine Brennkraftmaschine wenigstens teilweise in ihrem an der mageren Laufgrenze gelegenen Betriebsbereich werden soll. Unter der sogenannten mageren Laufgrenze soll dabei ein' Betriebsbereich verstanden werden, bei dem erste verschleppte Verbrennungen auftreten. Verbrennungsaussätze treten erst bei 5 bis 10 % größeren Luftzahlen, d.h. bei deutlich magererem Gemisch auf. In einem Bereich einer so definierten Laufgrenze ist der Kraftstoffverbrauch im allgemeinen deutlich geringer als in einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, in dem ein.stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch (Luftzahl λ = 1) zugeführt wird.In the following, devices and method steps are to be described with which an internal combustion engine is to be at least partially in its operating range located at the lean operating limit. The so-called lean running limit should be understood to mean an operating range in which the first protracted burns occur. Combustion failure only occurs when the air ratio is 5 to 10% higher, ie when the mixture is significantly leaner. In an area of a running limit defined in this way, the fuel consumption is generally significantly lower than in an operating area of the internal combustion engine in which a stoichiometric fuel-air mixture (air ratio λ = 1) is supplied.
609813/0112 - 5 -609813/0112 - 5 -
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Bringt man in dem Brennraum einer Brennkraftmaschine zwei Elektroden an, so wird während des Verbrennungsvorganges, bei dem Flammen an die beiden Elektroden gelangen, zwischen diesen ein Ionenstrom fließen. Dieser Ionenstrom kann dazu verwendet werden, den Betriebsbereich, in dem die Brennkraftmaschine arbeitet, zu kennzeichnen. Dabei ist der Ionenstrom abhängig von der Luftzahl Λ des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Dabei kann sowohl der Absolut-Wert des Ionenstromes für die Regelung verwendet werden, da sich dieser mit größer werdendem λ verringert. Es können aber auch an die relativen Schwankungen der Integral-Werte der I-onenströme in einem Arbeitsspiel eines Kolbens einer Brennkraftmaschine ermittelt werden. Diese relativen Schwankungen nehmen mit der Luftzahl λ zu. In Pig. I sind in einem Diagramm Ionenstromverläufe über der Zeit t aufgetragen. Die erste Kurve ist dabei einem ersten Zylinder, die zweite Kurve einem zweiten Zylinder, die dritte Kurve einem dritten Zylinder und die vierte Kurve einem vierten Zylinder zugeordnet. Integriert man die Ionenströme jeweils über einen bestimmten Zeitbereich, zweckmäßigerweise über ein Arbeitsspiel eines Kolbens der Brennkraftmaschine, dann erhält man elektrische Signale, die sich mit der Luftzahl ^ ändern.If two electrodes are attached to the combustion chamber of an internal combustion engine, during the combustion process, when flames reach the two electrodes, an ion current flows between them. This ion current can do this can be used to identify the operating range in which the internal combustion engine is operating. Here is the ion current depending on the air ratio Λ of the internal combustion engine supplied Fuel-air mixture. Both the absolute value of the ion current can be used for the regulation as this decreases with increasing λ. However, the relative fluctuations of the integral values can also be affected the ion currents in one working cycle of a piston an internal combustion engine can be determined. These relative Fluctuations increase with the air ratio λ. In Pig. I are plotted in a diagram of ion current curves over time t. The first curve is a first cylinder, the second curve is a second cylinder, and the third curve is a cylinder third cylinder and the fourth curve assigned to a fourth cylinder. If one integrates the ion currents over one each A certain time range, expediently over a working cycle of a piston of the internal combustion engine, is then obtained electrical signals that change with the air ratio ^.
In Fig. 2 sind die relativen Schwankungen des Ionenstromes über der Luftzahl Λ aufgetragen. ^— steigt dabei mit wachsender Luftzahl an, so daß man die entsprechenden elektrischen Signale zur Beeinflußung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine ausnutzen kann, indem beispielsweise bei zu großem \ das Mischungsverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches leicht angefettet wird oder die rückgeführte Abgasmenge verringert wird.In Fig. 2, the relative fluctuations in the ion current are plotted against the air ratio Λ. ^ - thereby rises with increasing air speed, so that one can take advantage of the corresponding electrical signals for influencing the operating behavior of the internal combustion engine by at the supplied to the internal combustion engine fuel-air mixture is easily made rich for example for large \ the mixture ratio or the recirculated exhaust gas amount is reduced will.
Der Ionenstrom kann beispielsweise mit einer Ionenstromsonde 10 ermittelt werden, die in Fig. 3 dargestellt ist. Die Ionenstromsonde ist dabei im Zylinderkopf 11 einer Brennkraftmaschine angeordnet, in dem auch eine Zündkerze 12 angebracht ist. Die Ionenstromsonde 10 muß dabei' nicht ein gesondertes Bauelement sein, sondern als Ionenstromsonde kann beispielsweise auch die Zündkerze 12 selbst dienen, wennThe ion current can, for example, with an ion current probe 10 can be determined, which is shown in FIG. 3. The ion current probe is in the cylinder head 11 of an internal combustion engine arranged, in which a spark plug 12 is attached. The ion current probe 10 does not have to be a separate one The spark plug 12 itself can, for example, also serve as an ion current probe, if
609813/Ö112609813 / Ö112
zwischen den beiden Elektroden der während des Verbrennungsvorganges fließende Ionenstrom ermittelt wird. the ion current flowing during the combustion process is determined between the two electrodes.
Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung von Ionenstromsonde 10 und Zündkerze 12 im Zylinderkopf 11 einer Brennkraftmaschine kann auch zur Ermittlung der Laufzeit einer Flammenfront ausgenützt werden, die von der Zündkerze 12 ausgeht und nach einer bestimmten Zeit die Ionenstromsonde 10 erreicht. In Fig. 4 ist die Häufigkeitsverteilung des EntflammungsZeitpunktes an der Zündkerze 12 und die Häufigkeitsverteilung der Ankunftszeit der Flammenfront an der Ionenstromsonde 10 über der Zeit t .aufgetragen. Dabei ist die Zeit zwischen dem bei 13 dargestellten Häufigkeitsschwerpunkt der Zündauslösung und dem bei 14 dargestellten Häufigkeitsschwerpunkt der Ankunftszeit an der Ionenstromsonde gleich der mittleren Laufzeit T- der Flammenfront. Die Laufzeit der Flammenfront TV ändert sich absolut gesehen ebenfalls mit der Luftzahl /\ . Außerdem ändern sich Schwankungen der Laufzeit Trüber der Luftzahl "λ . Dieser Zusammenhang ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist in einem Diagramm auf der Ordinate der Mittelwert der Laufzeitänderungen bezogen auf den Mittelwert der Laufzeit aufgetragen. Auf der Abszisse ist die Luftzahl λ aufgetragen. Aus dem Schaubild läßt sich erkennen, daß die relativen Schwankungen der Laufzeit mit zunehmender Luft zahl ,λ zunehmen. Dieses Signal kann wiederum zur Beeinflußung des BetriebsVerhaltens einer Brennkraftmaschine ausgenützt werden.The arrangement of ion current probe 10 and spark plug 12 shown in FIG. 3 in cylinder head 11 of an internal combustion engine can also be used to determine the running time of a flame front that emanates from the spark plug 12 and after the ion current probe 10 reaches a certain time. In Fig. 4 is the frequency distribution of the time of ignition at the spark plug 12 and the frequency distribution of the arrival time of the flame front at the ion current probe 10 applied over time t. The time between the frequency focus of ignition triggering shown at 13 is here and the center of frequency of the arrival time at the ion current probe shown at 14 equal to the mean transit time T- the flame front. The running time of the flame front TV also changes in absolute terms with the air ratio / \. In addition, fluctuations in the transit time Tr over the air ratio λ change. This relationship is shown in FIG. 5 shown. Here, in a diagram on the ordinate, the mean value of the runtime changes is related to plotted the mean value of the running time. The air ratio λ is plotted on the abscissa. From the diagram recognize that the relative fluctuations in the running time with increasing air number, λ increase. This signal can in turn to influence the operating behavior of an internal combustion engine be exploited.
In Fig. 6 ist eine Anordnung dargestellt, die für die Laufzeitmessung von Flammenfronsten besonders zweckmäßig ist, da mit dieser Anordnung eine zusätzliche Bohrung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine für die Ionenstromsonde vermieden wird. In Fig. 6 ist der Sockel 15 einer Zündkerze dargestellt, die zwei Zündelektroden 16 und 17 aufweist. Außerdem sind an dem Sockel 15 noch zwei weitere Elektroden 18 und 19 angebracht, über die ein Ionenstrom fHessen kann. Der Abstand der beiden Elektrodenpaare 16, 17 und 18, 19 beträgt nur weni- · ge mm. Dieser Abstand ist ausreichend, um Laufzeitmessungen durchführen zu können.In Fig. 6 an arrangement is shown for the transit time measurement of flame fronts is particularly useful, since with this arrangement an additional hole in the cylinder head the internal combustion engine for the ion current probe is avoided. In Fig. 6 the base 15 of a spark plug is shown, which has two ignition electrodes 16 and 17. In addition, two further electrodes 18 and 19 are attached to the base 15, through which an ion current can flow. The distance between the two pairs of electrodes 16, 17 and 18, 19 is only slightly ge mm. This distance is sufficient to be able to carry out time of flight measurements.
- 7 -609813/0112- 7 -609813/0112
~ 7 " 2 2 2/~ 7 "2 2 2 /
Eine weitere Möglichkeit ist die, die Streuung der Zeit zwischen Zündspannungsanstieg und Ionenstromanstieg an der Zündkerze selbst (sog. Zündverzugszeit) zur Regelung zu verwenden.Another possibility is that of dispersing time between the increase in the ignition voltage and the increase in the ionic current at the spark plug itself (so-called ignition delay time) use.
In Fig. 7 ist eine Einrichtung dargestellt, mit deren Hilfe die Laufzeit einer Flammenfront zwischen einer Zündkerze und einer Ionenstromsonde zur Beeinflußung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine ausgenützt werden kann. Mit der beschriebenen Einrichtung wird die Laufzeit zwischen dem Einleiten der Zündung und der Ankunft der Flammenfront an der Ionenstromsonde geregelt. Dabei wird ein Soll-Wert vorgegeben. Ist die Flammenlaufzeit größer als der vorgegebene Soll-Wert bedeutet dies, daß das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch abgemagert werden muß oder die rückgeführte Abgasmenge verringert werden muß. Andererseits· bedeutet ein unter dem Soll-Wert liegender Ist-Wert, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch abgemagert bzw. die Ab gas rückführungsrate erhöht werden muß. In Fig. 7 ist ein Zündverteiler 20 dargestellt, von dem Impulse abgenommen werden können, i*elche die Einleitung des Zündvorganges kennzeichnen. Diese Impulse \?erden an eine Impulsformerschaltung 21 angelegt, wobei am Ausgang dieser Impulsformerschaltung 21 die in Fig. 9a dargestellten Rechteckimpulse auftreten. Der Ausgang der Impulsformerschaltung 21 ist mit einer ersten monostabilen Kippstufe 22 verbunden, die bei jedem Impuls, der am Ausgang der Impulsformerschaltung 21 erscheint, in ihre instabile Schaltlage kippt. Die Dauer der instabilen Schaltlage kann in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl η und dem Saugrohrdruck ρ variiertIn Fig. 7 a device is shown with the help of the transit time of a flame front between a spark plug and an ion current probe to influence the operating behavior an internal combustion engine can be used. With the device described, the runtime is between the initiation of ignition and the arrival of the flame front at the ion current probe. Thereby a target value given. If the flame runtime is longer than the specified one The setpoint value means that the value supplied to the internal combustion engine The fuel-air mixture must be made leaner or the amount of recirculated exhaust gas must be reduced. On the other hand· an actual value below the target value means that the fuel-air mixture has become emaciated or the exhaust gas recirculation rate must be increased. In Fig. 7, an ignition distributor 20 is shown, from which pulses are taken can mark the initiation of the ignition process. These pulses are applied to a pulse shaping circuit 21, the square-wave pulses shown in FIG. 9a appear at the output of this pulse shaping circuit 21. Of the Output of the pulse shaping circuit 21 is with a first monostable multivibrator 22 connected, which with each pulse that appears at the output of the pulse shaper circuit 21 in their unstable switching position tilts. The duration of the unstable switching position can be dependent on various operating parameters of the internal combustion engine, in particular as a function varies from the speed η and the intake manifold pressure ρ
werden. Damit kann der Soll-Wert für die Regeleinrichtung drehzahl- bzw. saugrohrdruckabhängig gemacht werden. Am Ausgang der ersten monostabilen Kippstufe 22 treten die in Fig. 9b dargestellten Impulse auf. Diese Impulse sind an eine zweite monostabile Kippstufe 23 angelegt, welche bei jedem Zurückkippen der ersten monostabilen Kippstufe in ihren instabilen Schaltzustand umgeschaltet wird. Der dabei am Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe 23will. This enables the setpoint value for the control device can be made dependent on the speed or intake manifold pressure. At the output of the first monostable trigger stage 22 occur in Fig. 9b shown pulses. These impulses are on a second monostable multivibrator 23 is applied, which each time the first monostable multivibrator is tilted back is switched to its unstable switching state. The one at the output of the second monostable multivibrator 23
609813/011? * 8 "609813/011? * 8 "
erscheinende Impuls, der in Fig. 9c aufgetragen ist, stellt dabei den Soll-Wert für die Regeleinrichtung dar. Der Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe 23 ist mit dem zweiten Eingang eines RS-Flip-Flops 26 verbunden, das als Vergleichsschalteinrichtung arbeitet. Mit dem ersten Eingang 27 des Flip-Flops 26 ist über einen Impulsformer 28 die Ionenstromsonde 10 verbunden. Der Impulsformer 28 liefert dabei ein in Fig. 9t> dargestelltes Signal, wenn über die Ionenstromsonde 10 ein Ionenstrom fließt, d.h. wenn die von der Zündkerze 12 ausgehende Flammenfront an der Ionenstromsonde ankommt. Mit Hilfe des RS-Flip-Flops 26 wird nun verglichen, ob der Ist-Wert größer oder kleiner als der Soll-Wert ist, d.h. ob der an dem ersten Eingang 27 anliegende Impuls früher oder später als der an dem zweiten Eingang 25 auftretende Impuls vorliegt. Das Ausgangssingal des Flip-Flops ist dabei L, wenn an dem ersten Eingang ein Null-Signal und an dem zweiten Eingang ein L-Signal anliegt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 26 ist Null, wenn an dem ersten Eingang 27 ein L-Signal und an dem zweiten Eingang 25 ein Null-Signal anliegt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 26 ist gleich dem vorherigen Ausgangssignal, wenn an beiden Eingängen 25 und 27 ein L-Signal anliegt. Daraus geht hervor, daß mit Hilfe des RS-Flip-Flops 26 festgestellt werden kann, ob der Ist-Wert größer als der Soll-Wert ist. Dementsprechend ändert sich das Ausgangssignal des Flip-Flops 26. Dieses Ausgangssignal ist über einen Widerstand 29 an einen Integrierer angelegt, der einen Operationsverstärker 3o aufweist. Dabei ist zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers 30 und seinen invertierenden Eingang ein Integrierkondensator 31 geschaltet. Mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 30 ist der Abgriff eines Spannungsteilers aus Widerständen 32 und 33 verbunden. Außerdem ist an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 30 der Widerstand 29 angeschlossen. Je nach Ausgangssignal des Flip-Flops 26 steigt oder fällt die Ausgangsspannung an einer Ausgangsklemme des Integrators. Mit diesem Ausgangssignal kann nun beispielsweise in einer Kraftstoffaufbereitungseinrichtung eingegriffen werden und das Mischungsverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches verändert werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Einspritzzeit einer Einspritzein-appearing pulse, which is plotted in Fig. 9c represents the target value for the control device. The output of the second monostable multivibrator 23 is with the second input of an RS flip-flop 26 connected, which operates as a comparison switching device. With the first entrance 27 of the flip-flop 26 is the ion current probe via a pulse shaper 28 10 connected. The pulse shaper 28 delivers a in Fig. 9t> The signal shown when an ion current flows through the ion current probe 10, i.e. when that from the spark plug 12 outgoing flame front arrives at the ion current probe. With the help of the RS flip-flop 26 it is now compared whether the The actual value is greater or less than the setpoint value, i.e. whether the pulse applied to the first input 27 is earlier or less later than the pulse occurring at the second input 25 is present. The output signal of the flip-flop is L when there is a zero signal at the first input and a zero signal at the second Input an L signal is present. The output signal of the flip-flop 26 is zero when the first input 27 has an L signal and a zero signal is present at the second input 25. That The output signal of the flip-flop 26 is equal to the previous output signal when both inputs 25 and 27 have an L signal is present. From this it can be seen that with the help of the RS flip-flop 26 it can be determined whether the actual value is greater than that Target value is. The output signal of the flip-flop 26 changes accordingly. This output signal is via a resistor 29 is applied to an integrator which has an operational amplifier 3o. It is between the output of the Operational amplifier 30 and its inverting input an integrating capacitor 31 is connected. The tap is connected to the non-inverting input of the operational amplifier 30 a voltage divider made up of resistors 32 and 33 is connected. It is also connected to the inverting input of the operational amplifier 30 the resistor 29 is connected. Depending on the output signal of the flip-flop 26, the output voltage rises or falls at an output terminal of the integrator. This output signal can now be used, for example, in a fuel processing device are intervened and the mixing ratio of the fuel-air mixture supplied to the internal combustion engine to be changed. This can happen, for example, that the injection time of an injection injection
609813/0112 ~ 9 "609813/0112 ~ 9 "
" 9 - ? 2 g 7" 9 -? 2 g 7
richtung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal an der Klemme 34 verlängert bzw. verkürzt wird.direction depending on the output signal at the terminal 34 is extended or shortened.
Das Ausgangssignal an der Klemme 34 kann aber auch dazu verwendet werden, ein Magnetventil in einer Abgasrückführungsleitung einer Brennkraftmaschine mehr oder weniger zu öffnen bzw. zu schliessen und dadurch die rückgeführte Abgasmenge zu verändern.The output signal at terminal 34 can also be used for this purpose be a solenoid valve in an exhaust gas recirculation line an internal combustion engine to open or close more or less and thereby the amount of recirculated exhaust gas to change.
Eine weitere Möglichkeit, die Ankunft einer Flammenfront an der Ionenstromsonde für die Regelung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine auszunutzen, besteht darin, den zeitlichen Abstand zwischen einer festen Drehwinkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der Ankunft der Flammenfront an der Ionenstromsonde als Regelgröße zu verwenden. In diesem Fall wird der Soll-Wert nicht durch Abnahme eines elektrischen Signales an dem Zündverteiler 20 gebildet, sondern durch Abnahme eines elektrischen Signales, das durch Markierungen auf der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ausgelöst wird. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Fig. 8 dargestellt. In Fig. 8 ist eine Scheibe 35 gezeigt, die fest auf der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine aufgebracht ist. Die Scheibe 35 trägt zwei Nasen 36 und 37, die bei Vorbeibewegung an einem Induktivgeber 38 in diesem eine Spannung induzieren. Das Signal, das in dem Induktivgeber 38 induziert wird, ist an die Impulsformersehaltung 21 angelegt, die mit der ersten monostabilen Kippstufe 22 verbunden ist. Die erste monostabile Kippstufe 22 ist mit der zweiten monostabilen Kippstufe 23 verbunden, wobei der'Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe 23 an die Vergleichseinrichtung 26 angelegt ist. Die Wirkungsweise des beschriebenen Schaltungszweiges ist genau die gleiche wie des Schaltungszweiges in Fig. 7, zur Vermeidung von Wiederholungerwsoll deshalb die Wirkungsweise nicht noch einmal wiederholt werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird nun mit der Vergleichseinrichtung 26 ermittelt, ob der Ist-Wert, nämlich" das durch den Ionenstrom an der Ionenstromsonde 10 ausgelöste SignalAnother possibility of using the arrival of a flame front at the ion current probe to regulate the operating behavior of an internal combustion engine is to use the time interval between a fixed angle of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine and the arrival of the flame front on the ion current probe as a control variable. In this case, the target value is not formed by picking up an electrical signal at ignition distributor 20, but rather by picking up an electrical signal that is triggered by markings on the crankshaft of an internal combustion engine. Such an embodiment is shown in FIG. In Fig. 8, a disk 35 is shown which is firmly attached to the crankshaft of an internal combustion engine. The disk 35 has two lugs 36 and 37 which, when moving past an inductive sensor 38, induce a voltage in the latter. The signal that is induced in the inductive transmitter 38 is applied to the pulse shaping circuit 21, which is connected to the first monostable multivibrator 22. The first monostable multivibrator 22 is connected to the second monostable multivibrator 23, the output of the second monostable multivibrator 23 being applied to the comparison device 26. The mode of operation of the circuit branch described is exactly the same as that of the circuit branch in FIG. 7; in order to avoid repetition, the mode of operation should therefore not be repeated again. In this exemplary embodiment, too, the comparison device 26 now determines whether the actual value, namely “the signal triggered by the ion current at the ion current probe 10
vor oder nach dem als Soll-Wert dienenden Impuls ankommt. In Abhängigkeit von der ermittelten Regelabweichung ändert arrives before or after the impulse serving as the target value. Changes depending on the determined control deviation
609813/0112 " lo "609813/0112 " lo "
- Io - . 2 2 β- Io -. 2 2 β
der Integrierer 30, 31 seine Ausgangsspannung, wobei dieses Signal zru Beeinflußung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bzw. der Abgasrückführungsrate verwendet wird.the integrator 30, 31 its output voltage, this signal for influencing the fuel-air mixture or the EGR rate is used.
Eine weitere Möglichkeit, die Ankunft einer Plammenfront an einer Ionenstromsonde auszunützen, besteht darin, daß die Ankunft der Flamme an der Ionenstromsonde mit der Ankunft eines Signales verbunden wird, das bei einer fest vorgegebenen Drehwinkelstellung der Kurbelwelle ausgelöst wird. Kommt das von der Ionenstromsonde ausgelöste Signal früher oder später an, als das bei der bestimmten Drehwinkelstellung der Kurbelwelle ausgelöste elektrische Signal, ändert sich die Ausgangsspannung des Integrators 30, 31 und in der beschriebenen Weise wird das Mischungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches oder die Abgasrückführungsrate verändert. Das zuletzt beschriebene Verfahren ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Zündverstellung einer Zündanlage der Brennkraftmaschine so gewählt wird, daß eine Flammenankunft an der Ionenstromsonde bei einer festen Drehwinkelstellung der Kurbelwelle zu minimalem Kraftstoffverbrauch führt.Another possibility to take advantage of the arrival of a plasma front at an ion current probe is that the Arrival of the flame at the ion current probe is connected with the arrival of a signal that is given in a fixed manner Angular position of the crankshaft is triggered. Does the signal triggered by the ion current probe come sooner or later? when the electrical signal triggered at the specific angle of rotation of the crankshaft, the output voltage changes of the integrator 30, 31 and in the manner described, the mixing ratio of the fuel-air mixture or the exhaust gas recirculation rate is changed. The method described last is particularly useful when the ignition adjustment of an ignition system of the internal combustion engine is chosen so that a flame arrives at the ion current probe with a fixed angle of rotation of the crankshaft leads to minimal fuel consumption.
Sollen anstelle der Absolut-Werte die Schwankungen der I-onenströme oder die Schwankungen der Flamenlaufzeiten ermittelt werden, so ist eine an sich bekannte Sample-und Holdschaltung vorzusehen, mit deren Hilfe wenigstens zwei aufeinander folgende Meßwerte gespeichert werden können. Durch Differenzbildung zwischen den beiden Werten können Schwankungen ermittelt werden, die dann in der in Fig. 7 beschriebenen Weise mit einem Soll-Wert verglichen werden können. In Abhängigkeit von der ermittelten Regelabweichung kann dann das Massenverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches oder die Abgasrückführungsrate beeinflußt werden.Should the fluctuations of the ion currents be used instead of the absolute values or the fluctuations in the flame transit times are determined, a sample and hold circuit known per se provide, with the help of which at least two successive measured values can be stored. By forming the difference fluctuations can be determined between the two values, which are then described in FIG Way can be compared with a target value. Depending on the system deviation determined, this can then Mass ratio of the fuel-air mixture or the exhaust gas recirculation rate can be influenced.
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