DE2651503A1

DE2651503A1 - Zusatzluft-steuervorrichtung fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2651503A1
Application number: DE19762651503
Authority: DE
Inventors: Tadashi Hattori; Takamichi Nakase; Hiroaki Yamaguchi
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1975-11-11
Filing date: 1976-11-11
Publication date: 1977-05-18
Also published as: US4075835A; JPS5259223A; DE2651503C2; GB1543425A; JPS6014182B2

Description

Zusatzluft-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusatzluft-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine solche, die das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches geeignet kompensieren kann.

Um die größte Wirksamkeit der modifizierten Brennkraftmaschinen zu erreichen, die für Abgasemissions-Steuerzwecke für Kraftfahrzeuge bisher vorgeschlagen worden sind, oder um die beste Abgasreinigungswirkung des Katalysators sicherzustellen, der für Abgasemissions-Steuerzwecke in Brennkraftmaschinen angeordnet ist, muß das Luft-Brennstoff-Verhältnis des der Maschine zugeführten Gemisches immer geeignet gesteuert werden oder es muß die Menge der dem katalytischen Konverter zugeführten Sekundärluft geeignet gesteuert werden.

Bei einer bisher vorgeschlagenen Steuervorrichtung der vorstehendgenannten Art wird beispielsweise der Sauerstoffgehalt der Abgase zur Erfassung des Luft-Brennstoff-Verhr.ltnisses des VII/14

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Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844

Postscheck (München) Kto. 670-43-804

Gemisches durch einen Gasfühler ermittelt und ein Steuerventil in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Gasfühlers betätigt, um die Menge der zusätzlichen korrigierenden Luft kontinuierlich zu steuern, so daß sie allmählich ab- oder zunimmt, wodurch eine Rückkopplungsssteuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches erreicht wird.

Bei einer Steuervorrichtung dieser Art wird im allgemeinen für die Betätigung des Steuerventils ein Motor verwendet; die Geschwindigkeit der Änderung des gesteuerten Luft-Brennstoff-Verhältnisses hängt von der Geschwindigkeit der Änderung der Durchflußfläche für den zusätzlichen Luftstrom ab, die durch den Motor gesteuert wird. Folglich wird die Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses dadurch bewirkt, daß die Motorstellgeschwindigkeit auf einen optimalen Wert voreingestellt wird, so daß der Steuerbereich für das Luft-Brennstoff-Verhältnis sowohl unter den Dauerzustand-Bedingungen als auch unter den Übergangsbedingungen wie beispielsweise beim Beschleunigen und beim Verzögern der Maschine kleingehalten wird.

Die herkömmliche Steuervorrichtung dieser Art weist jedoch einen Nachteil auf: Da die Vorrichtung ein abgeschlossenes Steuersystem verwendet, das das Luft-Brennstoff-Verhältnis kontinuierlich steuert und da überdies die Wirkung der anderen Faktoren infolge der festgelegten Drehzahl praktisch nicht in Betracht'gezogen werden, sogar wenn die Drehzahl auf den optimalen Wert eingestellt ist, wie es vorstehend erwähnt ist, verändert sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis beträchtlich unter der Wirkung eines Faktors, beispielsweise des Faktors der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Auftreten einer Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses im Einlaßsystem und dem Zeitpunkt,in dem der Gassensor die Änderung im Abgassystem ermittelt, wodurch keine zufriedenstellende Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses sichergestellt wird.

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Insbesondere im unteren Drehzahlbereich bei geringer Belastung, in dem die Einlaßluftmenge gering ist, wird die Verzögerungszeit vergrößert, was ein Nachlaufphänomen erzeugt, wodurch die volle Entfaltung der Reirigungsfähigkeit des Katalysators nicht sichergestellt wird; überdies wird während des Laufens des Fahrzeuges das Phänomen einer Belastungsschwankung erzeugt, was eine Verschlechterung des Fahrvermögens bedingt. Deshalb gibt es für eine Steuervorrichtung dieser Art einen großen Spielraum für Verbesserungen.

Aufgabe der Erfindung im Hinblick auf das Bewältigen der vorstehenden Schwierigkeiten ist es, eine Zusatzluft-Steuervorrichtung zu schaffen, bei der das Laufen und Anhalten eines Antriebsmotors durch eine Steuerschaltung abwechselnd und intermittierend sprungartig gesteuert werden, um die Menge der Zusatzluftzufuhr sowohl unter den Dauerzustand-Bedingungen als auch unter den Übergangsbedingungen zufriedenstellend zu steuern, so daß beispielsweise der Ste.uerbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses immer kleingehalten und somit das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches konstant gehalten wird.

Ferner soll die Erfindung eine solche Zusatzluft-Steuervorrichtung schaffen bei der das Verhältnis der Antriebszeitdauer zu der Ruhezeitdauer eines Steuerventils in Abhängigkeit von mindestens zwei unterschiedlichen Verzögerungsfaktoren gesteuert wird, vorzugsweise der Maschinendrehzahl und des Einlaßunterdrucks, um jeden auf die Verzögerungsfaktoren zurückzuführenden Nachteil auszuschalten und eine zufriedenstellende Steuerung des Zusatzluftstroms sicherzustellen, wodurch die volle Entfaltung der Fähigkeit des Katalysators sichergestellt und das Auftreten irgendeines Phänomens einer Belastungsschwankung ausgeschaltet wird, wodurch ein verbessertes Fahrvermögen

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sichergestellt wird.

Wenn die Erfindung beispielsweise auf die Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Gemisches angewendet wird, hat sie die große Wirkung, den Steuerbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf einen geringen Wert zu halten, wodurch sowohl eine wirkungsvolle Verwendung des Katalysators sichergestellt wird als sich auch die bemerkenswerte Wirkung ergibt, daß das Auftreten des Phänomens einer Zu- und Abnahme i_m unteren Drehzahlbereich bei geringer Belastung, was auf eine übermäßige Zufuhr von Zusatzluft zurückzuführen ist, ausgeschaltet wird, wodurch ein verbessertes Fahrvermögen sichergestellt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 ist eine Kennliniendarstellung des Ausgangssignals des in Fig. 1 gezeigten Gasfühlers;

Fig. 3 ist eine Kennliniendarstellung des Ausgangssignals des in Fig. 1 gezeigten Druckfühlers;

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der in Fig. 1 gezeigten elektronischen Steuereinheit;

Fig. 5 ist eine Kennliniendarstellung des Ausgangssignals der in Fig. 4 gezeigten Maschinendrehzahl-Schaltung;

Fig. 6 zeigt den Schaltungsaufbau der in Fig. 4 dargestellter teuereinheit;

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Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Spannungskurven darstellt, die in der in Fig. 6 gezeigten Steuereinheit an unterschiedlichen Punkten erzeugt werden;

Fig. 8 A und 8 B zeigen Diagramme, die bei der

Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. gezeigten umsteuerbaren Schieberegisters nützlich sind;

Fig. 9 ist ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und der Verzögerungszeit des Systems darstellt, und

Fig. 10 ist ein Diagramm, das für die Erläuterung der Wirkungsweise des in den Fig. 1 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiels nützlich ist.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1, die das Gesamtsystem veranschaulicht, wird einer herkömmlichen Otto-Viertakt-Brennkraftmaschine 1 ein Luft-Brennstoff-Gemisch mittels eines Vergasers 2 durch eine Einlaßleitung 3 zugeführt. Der Vergaser 2, der einen Hauptkanal aufweist, ist vom herkömmlichen Typ; er ist so eingestellt, daß er ein Luft-Brennstoff-Gemisch erzeugt, das im Vergleich mit dem gewünschten Luft-Brennstoffverhältnis, das von der Maschine 1 oder einem katalytischen Konverter S^verlangt wird, etwas fett ist.

Im Abgassystem der Maschine 1 sind eine Abgas-Auslaßleitung 4 und der katalytische Dreifach-Konverter 5 angeordnet; in die Auslaßleitung 4 ist auch ein Gasfühler 6 eingebaut, der mittels eines Metalloxids wie Zirkoniumdioxid oder Titandioxid den Gehalt an Sauerstoff, einem Bestandteil der Abgase, ermittelt. Wenn der Gasfühler 6 beispielsweise Zirkoniumdioxid verwendet, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, kommt er

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in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses so zur Wirkung, daß er eine elektromotorische Kraft zwischen 80 und 100 mV erzeugt, wenn das ermittelte Luft-Brennstoff-Verhältnis im Vergleich mit dem stöchiometrischen Verhältnis gering ist (fettes Gemisch), wohingegen die entstehende elektromotorische Kraft in der Größenordnung von 10 bis 0 mV ist, wenn das ermittelte Luft-Brennstoff-Verhältnis im Vergleich mit dem stöchiometrischen Verhältnis groß ist (mageres Gemisch). Eine elektronische Steuereinheit 7 spricht auf die Signale vom Gasfühler 6 usw. an und treibt einen Vierphasen-Schrittmotor 8 in einer ausgewählten Richtung an. Der Schrittmotor 8 betätigt ein Steuerventil 10, das in einem Zusatzluft-Kanal oder Nebenstromkanal 9 angeordnet ist und geöffnet oder geschlossen wird; die Antriebswelle des Schrittmotors 8 ist mit dem Steuerventil 10 verbunden. Das Steuerventil 10 ist ein bekanntes Drosselklappenventil; es ist ein Ventilschalter 11 für die Anzeige des vollständig geschlossenen Ventils vorgesehen, so daß ermittelt wird, ob sich das Steuerventil 10 in der vollständig geschlossenen Stellung befindet; ein Schließsignal wird bei der vollständig geschlossenen Stellung erzeugt und der Steuereinheit 7 zugeführt.

Im Einlaßsystem ist im unteren Teil des Vergasers 2 eine Drosselklappe 12 angeordnet, während der obere Teil des Vergasers 2 einen Luftfilter 13 und der untere Teil einen Druckfühler 14 aufweist, der eine erste Verzögerungsfaktor-Ermittlungseinrichtung bildet. Der Zusatzluft-Kanal 9 ist so angeordnet, daß er den Luftfilter 13 mit der stromabwärtsgelegenen Seite der Drosselklappe 12 verbindet.

Der Druckfühler 14 wandelt Druckänderungen in der Einlaßleitung 3 in Spannungsänderungen um; er besitzt eine Druckdose 14a, die eine Uhterdruckinnenkdirrrer bildet, einen Kern 14c eines Differential-Wandlers 14b, der mit der Druckdose 14a gekoppelt ist, eine Feder 14d, sowie eine Atmosphärendruck-

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Kammer 14f und eine Unterdruckkammer 14d, die durch eine Membran 14e voneinander getrennt sind, wodurch sich beim Auftreten einer Änderung im Druck der Einlaßleitung die Druckdose 14a verformt, so daß sich der Kern 14c bewegt; diese Bewegung wird mittels des Differential-Wandlers 14b in eine Spannung umgewandelt, d. h., seine Ausgangsspannung nimmt ab, wenn sich der Unterdruck in der Einlaßleitung erhöht, d. h., wenn der Druck in der Einlaßleitung geringer wird, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Der Ausgangsanschluß des Differential-Wandlers 14b ist mit der Steuereinheit 7 verbunden.

Ein Drehzahlfühler 15, der die Drehzahl der Maschine ermittelt und in ein elektrisches Signal umwandelt, bildet die zweite Verzögerungsfaktor-Ermittlungseinrichtung, die in diesem Ausführungsbeispiel die Zündspule der Maschine 1 umfaßt, so daß die Primärspannung der Zündspule als Ausgangssignal des Drehzahlfühlers genommen wird; die Primärspannung weist nämlich die Form eines Irrpulssignals (digitales Signal) mit einer Frequenz auf, die der Drehzahl der Maschine 1 entspricht.

Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Einlaßunterdruck, der Drehzahl und der Verzögerungszeit von dem Zeitpunkt, bei dem eine Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in dem Einlaßsystem auftritt, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem der Gasfühler 6 im Abgassystem die Änderung ermittelt. Gemäß der Darstellung wird die Verzögerungszeit größer, wenn der Einlaßunterdruck stärker wird (der Druck abnimmt); die Verzögerungszeit wird kürzer, wenn die Drehzahl ansteigt. Dementsprechend sind der Einlaßunterdruck und die Drehzahl eine Funktion der Verzögerungszeit und sie bilden Verzögerungsfaktoren.

Als nächstes wird die elektronische Steuereinheit 7 unter Bezugnahme zu dem in Fig. 4 gezeigten Blockschaltbild

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beschrieben. Die Steuereinheit 7 empfängt als Eingangssignale das Signal vom Gasfühler 6, das Signal vom Druckfühler 14 und das Signal vom Drehzahlfühler 15, die dem Einlaßunterdruck bzw. der Maschinendrehzahl entsprechen, die die Verzögerungsfaktoren sind, sowie das Signal vom Ventilschalter 11; die Steuereinheit 7 besitzt eine Vergleicherschaltung 7a, eine Unterdruckschaltung 7b, eine Drehzahlschaltung 7c, eine Zeitgeber-Steuerschaltung 7d, eine Befehlsschaltung 7e, ein umsteuerbares Schieberegister 7f, eine Schalteinheit 7g und eine Oszillatorschaltung 7h; der Schrittmotor 8 wird gemäß den Eingangssignalen der Steuereinheit 7 betätigt.

Bei diesem Aufbau wird grundsätzlich das im Vergaser 2 erzeugte Luft-Brennstoff-Gemisch in den Verbrennungskammern •der Maschine 1 verbrannt; danach wird jede Änderung'im Luft-Brennstoff-Gemisch im Abgassystem durch den Gasfühler 6 ermittelt, dessen Ausgangssignal wiederum der Vergleicherschaltung 7a zugeführt wird, wo ermittelt wird, ob das Luft-Brennstoff-■Verhältnis im Vergleich mit dem voreingestellten anzusteuernden Luft-Brennstoff-Verhältnis (dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis) klein oder groß ist, so daß der Schrittmotor 8 bei kleinem Luft-Brennstoff-Verhältnis (fettes Gemisch) das im Zusatzluft-Kanal 9 angeordnete Steuerventil 10 in einer Richtung betätigt, in der es öffnet,während bei großem Luft-Brennstoff-Verhältnis (mageres Gemisch) das Steuerventil 10 in einer Richtung betätigt wird, in der es schließt.

In diesem Fall bestimmt die Zeitgeber-Steuerschaltung 7d die Laufzeit und die Haltezeit des Schrittmotors 8 gemäß den Signalen vom Druckfühler 14 und vom Drehzahlfühler 15, die die Verzögerungsermittlungseinrichtung des Systems bilden, so daß das Laufen und das Anhalten des Schrittmotors 8 über die Befehlsschaltung 7e, das umsteuerbare Schieberegister 7f und die Schalteinheit 7g abwechselnd und intermittierend bewirkt werden.

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Somit wird durch geeignetes Steuern der Antriebsrichtung als auch der Laufzeit des Schrittmotors 8 für eine intermittierende Betätigung des Steuerventils 10 nach der Art einer sprunghaften Bewegung der Zusatzluft-Strom geeignet gesteuert und das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches durch die der stromabwärts gelegenen Seite der Drosselklappe 12 zugeführten Zusatzluft kompensiert, wodurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches gesteuert wird, um das voreingestellte Luft-Brennstoff-Verhältnis, d. h. bei Verwendung eines kataiytischen Dreifach-Kcnverters 5 das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis, unter einem verringerten Steuerbereich zufriedenstellend zu erreichen.

Unter Bezugnahme zu den Fig. 4 bis 7 wird nachstehend die elektronische Steuereinheit 7 ausführlicher erläutert. Die Vergleicherschaltung 7a in der elektronischen Steuereinheit besitzt einen Eingangswiderstand 101, Spannungsteiler-Widerstände 102 und 103 und einen Differenz-Rechenverstärker 104, dessen nichtinvertierender Eingangsanschluß über den Eingangswiderstand 101 mit dem Gasfühler 6 verbunden ist; der invertierende Eingangsanschluß ist mit dem Spannungsteilerpunkt der Spannungsteiler-Widerstände 102 und 103 verbunden. Somit vergleicht die Vergleicherschaltung 7a das Eingangssignal mit einer durch die Spannungsteiler-Widerstände 102 und 103 voreingestellten Spannung (d. h., einer Spannung, die praktisch gleich der vom Gasfühler 6 beim stöchiometrischen Luft-Brennstoff -Verhältnis erzeugten elektromotorischen Kraft ist), so daß am Ausgangsanschluß A der Vergleicherschaltung 7a ein Ausgangspegel "1" erzeugt wird, wenn die Eingangsspannung höher als die voreingestellte Spannung oder das Luft-Brennstoff-Gemisch fetter als das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Gemisch ist, während ein Ausgangspegel "0" am Ausgangsanschluß A erzeugt wird, wenn die Eingangsspannung niedriger als die voreingestellte Spannung oder das Luft-Brennstoff-Gemisch magerer als das stöchiometrische Gemisch ist.

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Die Unterdruck-Schaltung 7b weist Widerstände 105, und 107 und einen nichtinvertierenden Verstärker auf, der aus einem Rechenverstärker 108 besteht; der nichtinvertierende Eingangsanschluß des Rechenverstärkers 108 ist über den Widerstand 105 mit dem Ausgangsanschluß des Druckfühlers 14 verbunden, so daß das Ausgangssignal des Druckfühlers 14 mit einem Verstärkungsfaktor von 1 +=

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verstärkt wird (R₁ ^, und R₁^-, sind die Widerstandswerte

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der Widerstände 106 bzw. 107).

Die Drehzahl-Schaltung 7c weist eine Kurvenformerschaltung aus den Widerständen 113, 114, 115, einem Kondensator 117 und einem Transistor 118, die eine Eingangsstufe bildet, und eine Ausgangsstufe oder eine Digital-Analog-TCandlerschaltung mit Kondensatoren 119 und 120, einem Transistor 121, einem Widerstand 122 und einer Diode 123 auf, so daß das digitale Impulssignal vom Drehzahlfühler 15 einer Digital-Analog-Um formung unterworfen und eine analoge Spannung erzeugt wird, die der Drehzahl der Maschine im wesentlichen proportional ist, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Die Zeitgeber-Steuerschaltung 7d weist zwei Steuerschaltungen auf, d. h., eine Laufzeit-Steuerschaltung 7d. und eine Haltezeit-Steuerschaltung 7d . Die Laufzeit-Steuerschaltung 7d- besitzt eine Ladeschaltung mit einer Diode 201, einer ;Z-Diode 202, Widerständen 203, 204, 205 und und Transistoren 207 und 208, eine Entladeschaltung mit Widerständen 209 und 210 und einem Transistor 211, eine monostabile Schaltung mit Widerständen 212, 213, 214 und 215, Dioden 216 und 217, einem Kondensator 218 und Transistoren 219 und 220, und eine Triggerschaltung mit Widerständen 221, 222, 223 und 233, einem Transistor 224, Kondensatoren 225, 226 und 232, Inverter 227 und 230, NAND-Glieder 229 und 231, einer Diode 234 und einem NAND-Glied 228 mit einem

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Erweiterungsanschluß.

Die Haltezeit-Steuerschaltung 7d~, die der Laufzeit-Steuerschaltung 7d. ähnlich ist, besitzt eine Ladeschaltung mit einer Diode 301, einer Z-Diode 302, Widerständen 303, 304, 305, 306 und Transistoren 307 und 308, eine Entladeschaltung mit Widerständen 309 und 310 und einem Transistor 311, eine monostabile Schaltung mit Widerständen 312, 313, 314 und 315, Dioden 316 und 317, einem Kondensator 318 und Transistoren 319 und 320, und eine Triggerschaltung mit einem Widerstand 333, Kondensatoren 326 und 332, Invertern 327 und 330, einem NAND-Glied 329, einer Diode 334 und einem NAND-Glied 328 mit einem Erweiterungsanschluß.

Wenn ein Schlüsselschalter KS im Betrieb eingeschaltet ist und so die Schaltung mit einer Stromquelle Ba verbindet, ist der Transistor 224 in der Triggerschaltung der Laufzeit-Steuer schaltung 7d für eine Zeitdauer gesperrt, die durch die Widerstände 221 und 222 und den Kondensator 225 festgelegt ist; der Ausgang des Inverters 230 nimmt den Pegel "0" an. Folglich nimmt während dieses Zeitinvertals der Ausgangs des NAND-Glieds 231, das das Ausgangssignal des Inverters 2 30 aufnimmt, unabhängig vom Eingangssignal an seinem anderen Eingang den Pegel "1" an, womit sowohl der Transistor 207 als auch der Transistor 208 leitend wird.

Andererseits sind die Schaltungskonstanten der monostabilen Schaltung in der Laufzeit-Steuerschaltung 7d^ bzw. der Haltezeit-Steuerschaltung 7d₂ so voreingestellt, daß die Transistoren 220 und 320 durchgeschaltet werden, wenn der Stromkreis geschlossen wird.

Somit wird während einer vorbestimmten Zeit nach dem Schließen des Schlüsselschalters KS der Kondensator 218 der monostabilen Schaltung über eine Leitung L. usw. mit einem

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konstanten Strom aufgeladen, der durch die Z-Diode 202 bestimmt ist; die entstehende Kurve der Ladespannung am Anschluß C ist in Fig. 7 (C) dargestellt. Wenn dann der Transistor 224 durchgeschaltet wird, so daß der Ausgang des NAND-Glieds 2 31 den Pegel "0" annimmt, wird an einem Anschluß E des Kondensators 232 ein negatives Triggersignal erzeugt (siehe Fig. 7 (E)) und der Transistor 220 der monostabilen Schaltung gesperrt. Wenn der Transistor 220 auf diese Weise gesperrt wird, wird der Transistor 219 durchgeschaltet und die im Kondensator 218 gespeicherte Ladung über die Diode 216 und, den Transistor 219 entladen. Dabei ist der Kollektor des Transistors 211 der Entladeschaltung mit dem anderen Anschluß D des Kondensators 218 verbunden und das Signal von der Drehzahl-Schaltung 7c wird,an die Basis des Transistors 211 angelegt. Somit entlädt sich der Kondensator 218 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Drehzahl-Schaltung 7c, das der Drehzahl der Maschine 1 proportional ist; die dabei am Anschluß D des Kondensators 218 erzeugte Kurvenform der Entladespannung ist in Fig. 7 (D) dargestellt.

Wenn das Entladepotential gemäß der Darstellung in Fig. (D) ansteigt und somit das Entladen des Kondensators 218 vollendet, wird der Transistor 219 gesperrt und gleichzeitig der Transistor 220 durchgeschaltet. Mit anderen Worten: Der Transistor 220 wird für eine vorbestimmte Zeitdauer gesperrt, die der Drehzahl der Maschine 1 entspricht (d. h., die Entlade-Dauer des Kondensators 218); folglich weist die vom Kollektor des Transistors 220 stammende Spannung an einem Ausgangsanschluß F der Laufzeit-Steuerschaltung 7d., eine solche Kurvenform auf, daß sich eine Zeitdauer *X. , während

der die Kurvenform der Spannung auf dem Pegel "1" bleibt, gemäß der Drehzahl der Maschine ändert.

Die Ausgangsspannung der Laufzeit-Steuerschaltung 7dwird durch den Inverter 327 in der Haltezeit-Steuerschaltung

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7d„ invertiert und dann den NAND-Gliedern 32 8 und 329 zugeführt. Somit erzeugt das NAND-Glied 32 8, nachdem der Ausgang des Inverters 32 7 vom Pegel "O" zum Pegel "1" gewechselt hat (nämlich nachdem die in Fig. 7 (F) dargestellte Spannungskurve vom Pegel "1" zum Pegel "0" gewechselt hat) ein Signal mit dem Pegel "1" für eine Zeitdauer (£, die durch den Kondensator 326 festgelegt ist, der mit dem Expandereingang des NAND-Glieds 32 8 verbunden ist; somit erzeugt der Inverter 330, der das Ausgangssignal des NAND-Glieds 329 invertiert, nur für die in Fig. 7 (H) dargestellte Zeitdauer oO ein Signal mit dem Pegel "1".

Wenn somit das Ausgangssignal des Inverters 3 30 den Pegel "1" annimmt, werden die Transistoren 307 und 308 durchgeschaltet/ so daß in ähnlicher Weise wie im Fall der Laufzeit-Steuerschaitung 7d- der Kondensator 318 sowohl einer Konstantstrom-Ladung als auch einer Konstantstrom-Entladung unterworfen wird, so daß sich die Spannung an den Anschlüssen I und J gemäß der Darstellung in den Fig. 7(1) bzw. 7(J) ändert; der Transistor 320 wird für eine vorbestimmte Dauer gemäß dem Unterdruck-Signal vom Druckfühler 14 gesperrt. Folglich weist die vom Kollektor des Transistors 320 stammende Spannung an einem Ausgangsanschluß G der Haltezeit-Steuerschaltung 7d2 eine solche Kurvenform auf, daß sich eine Zeitdauer Ύ J₃' ,während der die Kurve den Pegel "1" annimmt, gemäß dem Einlaßunterdruck ändert, wie es in Fig. 7 (G) dargestellt ist.

Die Ausgangsspannung der Haltezeit-Steuerschaltung 7d„ wird durch den Inverter 227 der Laufzeit-Steuerschaltung 7d₁ invertiert und dann den NAND-Gliedern 228 und 229 zugeführt. Nachdem somit das Ausgangssignal des Inverters 227 vom Pegel "0" zum Pegel "1" gewechselt hat (nämlich nachdem die in Fig. 7 (G) dargestellte Spannung vom Pegel "1" zum Pegel "0" gewechselt hat) erzeugt das NAND-Glied 22 8 ähnlich dem

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NAND-Glied 32 8 ein Signal mit dem Pegel "1" für eine Zeitdauer "ί-, die durch den Kondensator 226 festgelegt ist; dieses Ausgangssignal wird dem NAND-Glied 231 über das NAND-Glied 229 zugeführt. Während in diesem Fall das NAND-Glied 231 auch das Ausgangssignal· des Inverters 230 empfängt, wie es bereits eriäutert ist, wird der Transistor 224 mit dem Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer nach dem Verbinden mit der Stromquelle Ba durchgeschaltet, so daß das Ausgangssignal des Inverters 2 30 den Pegel "1" annimmt und die an einem Ausgangsanschluß "ß" des NAND-Glieds 231 anliegende Spannung den Pegel "1" nur für die Zeitdauer annimmt, wie es in Fig. 7 (B) dargestellt ist.

Somit bewirken die Laufzeit-Steuerschaltung 7d* und die Haltezeit-Steuerschaltung 7d~ nach dem Schließen des Stromkreises wiederholt den vorstehend beschriebenen Vorgang, wobei das vom Ausgangsanschluß des Inverters 327 stammende Ausgangssignal der Zeitgeber-Steuerschaltung 7d (siehe Fig. 7 (K)) das invertierte Signal des in Fig. 7 (F) dargestellten Signals ist. Mit anderen Worten: Dieses Ausgangssignal besitzt die Eigenschaft, daß die Länge der Dauer Ύ mit dem Pegel "0" zunimmt , wenn die Drehzahl der

α.

Maschine zunimmt und die Länge der Dauer 2V CZ, =T_hi⁺ 2oC.) mit dem Pegel "1" abnimmt, wenn der Druck in der Einlaßleitung abnimmt.

Die Befehlsschaltung 7e besitzt einen Inverter 150, NAND-Glieder 151 und 152 und ein NOR-Glied 153; die Befehls schaltung liefert die Steuerlogik für den Vorwärtslauf, den Rückwärts lauf, das Laufen !ind das Anhalten des Schrittmotors 8. Die Steuerschaltung 7e empfängt als Eingangssignale das Signal von der Zeitgeber-Steuerschaltung 7d, das Signal von der Vergleicherschaltung 7a und die Signalimpulse von der Oszillatorschaltung 7h, die NAND-Glieder 109 und 110 mit Er weiterungsanschlüssen aufweist, sowie Kondensatoren 111 und

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112; das in den Fig. 8A und 8B dargestellte Tastverhältnis , beträgt 1:1. Die Befehlsschaltung 7e empfängt auch das Signal vom Ventilschalter 11, der einen Widerstand 11a und einen Schalter 1 it> aufweist_/der bei vollständig geschlossenem Steuerventil 10 geschlossen ist; die Befehlsschaltung Ve erzeugt Befehlssignale für die Betätigung des Schrittmotors 8.

Mit anderen Worten: Das Signal von der Zeitgeber-Steuerschaltung 7d (siehe Fig. 7 (K)) und das Signal von der Oszillatorschaltung 7h (siehe Fig. 8 A (a)) und Fig. 8B (b)) werden durch das NOR-Glied T53 gemäß der NOR-Verknüpfung vereinigt und dann den NAND-Gliedern 151 bzw. 152 zugeführt. Folglich besteht das Ausgangssignal der NAND-Glieder 151 bzw. 15-2 aus dem Signal der Oszillator-Schaltung 7h, das entsprechend der Drehzahl der Maschine und dem Unterdruck in der Einlaßleitung erscheint, wie z. B. das Signal, das aus den in Fig. 7

(L) dargestellten Signalimpulsen besteht. Andererseits wird das Ausgangssignal der Vergleicherschaltung 7a dem NAND-Glied 152 unmittelbar und dem NAND-Glied 151 über den Inverter zugeführt, so daß'ein Signal mit dem Pegel "1" einem der NAND-Glieder 151 und 152 zugeführt wird; davon abhängig, ob das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches größer oder kleiner als das voreingestellte Luft-Brennstoff-Verhältnis ist, erzeugt eines der NAND-Glieder 151 und 152 die in Fig.

(L) dargestellten Signalimpulse. Das NAND-Glied 151 empfängt als Eingangssignal auch das Signal vom Ventilschalter 11, so daß bei vollständig geschlossenem Steuerventil 11 verhindert wird, daß das NAND-Glied 151 irgendwelche Signalimpulse erzeugt und das Steuerventil 11 noch weiter in die Ventilschließrichtung betätigt.

Somit werden die der Maschinendrehzahl und dem Druck in der Einlaßleitung entsprechenden Signalimpulse dem umsteuerbaren Schieberegisters 7f in einer Weise zugeführt, die

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davon abhängt, ob das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches größer oder kleiner als das voreingestellte Luft-Brennstoff-Verhältnis ist. Wenn die Signalimpulse einem Anschluß P des umsteuerbaren Schieberegisters 7f zugeführt werden, werden die Signale an den Ausgangsanschlüssen Q., , Qoί Q3 ^und Q₄ sequentiell verschoben, wie es in Fig. 8A dargestellt ist. Wenn andererseits die Signalimpulse dem anderen Anschluß 0 des umsteuerbaren Schieberegisters 7f zugeführt werden, werden die Signale an den Ausgangsanschlüssen in der in Fig. 8ß dargestellten Reihenfolge sequentiell verschoben.

Die Ausgangsanschlüsse Q₁, Q₂, Qo und Q. sind mit der Schalteinheit 7g verbunden, die Widerstände 160, 161, 162 und 163, Transistoren 164, 165, 166 und 167 und Dioden 168, 169 , 170 und 171 aufweist, die die Gegen-EMK absorbieren; diese Schalteinheit 7g ist mit Feldspulen C₁, C₂, C₃ und C₄ des Vierphasen-Schrittmotors 8 verbunden. Wenn folglich die Signalimpulse an den Eingangsanschluß P des umsteuerbaren Schieberegisters 7f angelegt werden, werden die Transistoren 164, 165, 166 und 167 der Reihe nach durchgeschaltet, so daß die Feldspulen C₁, C₂, C₃ und C₄ des Schrittmotors 8 immer zu zweien gleichzeitig in ähnlicher Weise erregt werden und der Rotor des Schrittmotors 8 intermittierend in der Richtung des Pfeils in Fig. 6 gedreht wird, wodurch das Steuerventil 10 in der Richtung intermittierend gedreht wird, in der es sich öffnet. Wenn im Gegensatz dazu die Signalimpulse an den Eingangsanschluß 0 angelegt werden, wird der Rotor des Schrittmotors 8 in einer Richtung gedreht, die der Richtung des in Fig. 6 dargestellten Pfeils entgegengesetzt ist; dabei wird das Steuerventil 10 intermittierend in die Richtung gedreht, in der es sich schließt.

Man sieht somit, daß erfindungsgemäß die Rückkopplungssteuerung intermittierend in einer solchen Weise durchgeführt wird, daß die Laufzeit '£ und die Haltezeit 2",

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des Schrittmotors 8 entsprechend den Funktionselementen der Verzögerungszeit des Systems, d. h., der Drehzahl der Maschine und dem Unterdruck in der Einlaßleitung, festgelegt sind, wodurch die Ein-Aus-Steuerung des Schrittmotors 8 bewirkt wird.

Die Beziehung zwischen der Drehzahl der Maschine und der Verzögerungszeit des Systems nimmt eine Form an, wie sie in Fig. 9 allgemein mit dem Unterdruck in der Einlaßleitung als Parameter dargestellt ist. Somit entspricht unter der Annahme, daß der Unterdruck in der Einlaßleitung konstant gehalten wird, eine Verzögerungszeit t.. des Systems einer Drehzahl I, während eine Verzögerungszeit t2 des Systems einer Drehzahl II entspricht; wenn in der herkömmlichen Vorrichtung, die ein geschlossenes Steuersystem verwendet, die Antriebsfrequenz für den Schrittmotor bei irgendeinem Wert festgelegt ist, der während Beschleunigungsperioden ein Ansprechen erlaubt, bis eine Änderung im Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches im Einlaßsystem durch den Gasfühler im Abgassystem ermittelt wird, wird der Schrittmotor kontinuierlich angetrieben und das Steuerventil 10 betätigt, wie es in Fig. 10 durch die gestrichelten Linien III und III¹ dargestellt ist, wodurch der überschüssige Betrag vergrößert und eine unmäßig große Menge zusätzlicher Luft zugeführt wird. Folglich wird der Steuerbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses (nämlich der Bereich der Abweichung vom voreingestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis) in großem Maße verändert und die Einstellung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf das voreingestellte Luft-Brennstoff-Verhältnis verzögert. Im Gegensatz dazu wird mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, sogar wenn die Antriebsfrequenz des Schrittmotors, die durch die Schwingungsfrequenz der Oszillatorschaltung 7h festgelegt ist, auf einen festen Wert eingeschränkt ist, bei niedriger Drehzahl der Maschine,

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wie sie in Fig. 9 mit der großen Verzögerungszeit dargestellt ist, das Ausmaß der Bewegung des Steuerventils 10 durch den Schrittmotor 8 gemäß der Darstellung in Fig. 10 (unterbrochene Linie II) verringert, was auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß die Laufzeit ¹^C des Schrittmotors

8 zu Ύ (siehe Fig. 10) verringert wird, wodurch sich die Größe des Überschwingens verringert. Somit wird im Vergleich mit der herkömmlichen Vorrichtung (die gestrichelte Linie III¹) die Größe der Überschwingens angemessen verringert und es wird die geeignete Menge an Zusatzluft zugeführt. Wenn beispielsweise andererseits die Drehzahl der Maschine hoch ist, wie"es in Fig. 9 bei I dargestellt ist, und während der Beschleunigungsperiode eine kurze Verzögerungszeit auftritt, v/ird die Laufzeit^ des Schrittmotors 8 ver-

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größert, wie es in Fig. 10 mit_t „ dargestellt ist/ so daß sich das Ausmaß der Bewegung des Steuerventils 10 durch den Schrittmotor 8 ändert (siehe Fig. 10, Kurve I). überdies wird, obwohl es nicht dargestellt ist, beispielsweise während der Beschleunigungsperiode, da der Unterdruck in der Einlaßleitung im allgemeinen vermindert und die Haltezeit X-. des Schrittmotors 8 ebenso vermindert wird, die Steuergeschwindigkeit des Schrittmotors 8 vergrößert, so daß eine zufriedenstellende Einstellung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf das voreingestellte Luft-Brennstoff-Verhältnis sichergestellt ist.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung, obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit einer mit einem Vergaser ausgestatteten Brennkraftmaschine beschrieben worden ist, für die Kompensierung der Durchflußrate der Luft in der Bemessungsvorrichtung mechanisch gesteuerter Brennstoffeinspritzsysteme oder dergleichen geeignet sein.« Während ein Schrittmotor als Antriebseinrichtung für die Betätigung des Steuerventils für die Steuerung der Menge der Zusatzluft verwendet worden ist, kann auch jeder Gleichstrom- oder Wechselstrommotor in gleicher Weise zusätzlich zu anderen Vorrichtungen verwendet werden, die die

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Betätigung des Steuerventils mechanisch und nicht elektrisch steuern.

Ferner können, obwohl ein Drehzahlfühler und ein Druckfühler (für den Unterdruck) als Ermittlungseinrichtung für die Verzögerungszeit des Systems verwendet worden sind, irgendwelche Sensoren für die Ermittlung weiterer Verzögerungszeit-Faktoren des Systems wie beispielsweise des Einlaßluftstrons,aes Venturi-ünterdrucks, der stellung der Drosselklappe usw. ebenso verwendet werden.

Während die Erfindung in der Anwendung auf die Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses im Einlaßsystem beschrieben worden ist, kann sie ferner durch die Verwendung eines Gasfühlers des Typs, wie er bei der Erfindung verwendet wird, für die Steuerung des Luftstroms im Abgassystem, beispielsweise für die Steuerung des Sekundärluftstroms zum Katalysator angepaßt werden.

Während die Zeitgeber-Steuerschaltung 7b ein Konstantstrom-Lade- und Sntladesystem verwendet, kann auch in Abhängigkeit von der Verzögerungszeitcharakteristik des Systems eine andere Schaltung der Art verwendet werden, die ein Konstantspannungs-Lade- und Entladesystem anwendet.

Durch die Erfindung wird bei der Steuerung der Menge der Einlaßluft einer Brennkraftmaschine ein Fehler kompensiert, der auf die Verzögerungszeit zurückzuführen ist, die zwischen dem Zeitpunkt, bei dem sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis im Einlaßsystem der Maschine ändert, und dem .Zeitpunkt auftritt, bei dem ein Gasfühler im Abgassystem der Maschine die Änderung ermittelt. Mindestens zwei Detektoren für einen Verzögerungsfaktor, d. h. ein Drehzahlfühler und ein Druckfühler, steuern das Laufen und das Anhalten eines Antriebsmotors, der mit einem im Zusatzluft-Kanal des Einlaßsystems

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angebrachten Steuerventil gekoppelt ist, so daß das Ausmaß der Zusatzluft-Zufuhr eingestellt wird.

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Claims

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Patentansprüche

M.yZusatzluft-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Einlaßsystem und einem Abgassystem, gekennzeichnet durch

Luftbrennstoffgemisch-Zufuhreinrichtungen (2, 3, 12), die im Einlaßsystem der Brennkraftmaschine vorgesehen sind,

einen Zusatzluft-Kanal (9) für die Zufuhr von Zusatzluft zu der Maschine,

ein. Nebenstrom-Ventil (10) , das für die Steuerung der durchfließenden Menge an Zusatzluft im Zusatzluft-Kctnal (9) angeordnet ist,

eine Antriebseinrichtung (8), die für eine Öffnungsund Schließbetätigung des Nebenstrom-Ventils mit ihm gekoppelt ist,

eine im Abgassyst'em der Maschine angeordnete Gasfühler-Einrichtung (6), die ein der Zusammensetzung der durch das Abgassystem fließenden Abgase entsprechendes Signal erzeugt,

eine erste Ermittlungseinrichtung (15) für die Ermittlung eines ersten Verzögerungszeitfaktors zwischen dem Auftreten einer Änderung im Luft-Brennstoff-Verhältnis des dem Einlaßsystem zugeführten Gemisches und der Ermittlung dieser Änderung durch die Gasfühler-Einrichtung in der Form einer Änderung in der Zusammensetzung der Abgase im Abgassystem, um so ein erstes elektrisches Ermittlungssignal zu erzeugen,

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eine zweite Ermittlungseinrichtung (14) für die Ermittlung eines zweiten Verzögerungszeitfaktors zwischen dem Auftreten einer Änderung im Luft-Brennstoff-Verhältnis des dem Einlaßsystem zugeführten Gemisches und der Ermittlung dieser Änderung durch die Gasfühler-Einrichtung in der Form einer Änderung in der Zusammensetzung der Abgase im Abgassystern,um so ein zweites elektrisches 'Ermittlungssignal zu erzeugen, und

eine Steuereinheit (7), die mit der Gasfühler-Einrichtung (6), der ersten Ermittlungseinrichtung (15) der zweiten Ermittlungseinrichtung (14) und der Antriebseinrichtung (8) verbunden ist,

wobei die Steuereinheit (7) auf das Signal von der Gasfühler-Einrichtung (6) anspricht, um die Antriebseinrichtung (8) in Gffnungs- oder Schließrichtung des Nebenstrom-Ventils (11) selektiv zu betätigen, ^auf das erste elektrische Ermittlungssignal anspricht,

um ein Fortschalten der Antriebseinrichtung (8) für eine Zeitdauer zu bewirken, die dem ersten Verzögerungszeitfaktor im wesentlichen proportional ist, und auf das zweite elektrische Ermittlungssignal anspricht _f U_1n 3j__e Antriebseinrichtung (8) für eine andere Zeitdauer anzuhalten, die dem zweiten Verzögerungszeitfaktor im wesentlichen umgekehrt proportional ist, und wobei das Fortschalten und das Anhalten der Antriebseinrichtung (8) abwechselnd wiederholt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ermittlungseinrichtung (15) für die Ermittlung eine^ ersten Verzögerungszeitfaktors die Drehzahl der Maschine ermittelt und ein der Drehzahl der Maschine

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entsprechendes elektrisches Signal als erstes elektrisches Ermittlungssignal erzeugt, daß die zweite Ermittlungseinrichtung (14) für die Ermittlung eines zweiten Verzögerungszeitfaktors den im Einlaßsystem der Maschine erzeugten Unterdruck ermittelt und ein dem Unterdruck entsprechendes elektrisches Signal als zweites elektrisches Ermittlungssignal erzeugt, und daß die Steuereinheit (7) eine Vergleicher-Schaltung (7a), die das Signal der Gasfühler-Einrichtung aufnimmt und es mit dem voreingestellten Wert vergleicht, um festzustellen, ob es größer oder kleiner als der voreingestellte Wert ist ,und um die Betätigungsrichtung der Antriebseinrichtung (8) festzulegen, eine Laufzeit-Steuerschaltung (7d1) die das der Drehzahl entsprechende Signal aufnimmt und die Laufzeit der Antriebseinrichtung (8) steuert, eine Haltezeit-Steuerschaltung (7d2), die das dem Unterdruck entsprechende Signal aufnimmt und die Haltezeit der Antriebseinrichtung (8) steuert, und eine Schalteinheit (7g) aufweist, die auf die Signale von der Vergleicher-Schaltung, der Laufzeit-Steuerschaltung und der Haltezeit-Steuerschaltung anspricht und die Antriebseinrichtung betätigt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbrennstoffgemisch-Zufuhreinrichtungen (2, 3, 12) ein hauptsächlich fettes Luft-Brennstoff-Gemisch zuführen, daß das elektrische Signal für die Drehzahl durch ein digitales Signal dargestellt wird, daß die Steuereinheit (7) eine Digital-Analog-Wandlerschaltung (7c) aufweist, die durch eine Digital-Analog-Umsetzung das digitale Drehzahl-Signal in ein analoges Signal umwandelt, und daß die Schalteinheit (7g) ein Antriebssignal für die Antriebseinrichtung (8) erzeugt, wodurch ein stöchiometrisches Luft-Brennstoff-Verhältnis aufrecht erhalten wird, so daß die Zusammensetzung der in einen katalytischen Konverter (5) strömenden Abgase geeignet

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eingestellt wird, wobei der katalytische Konverter für die Reinigung der Abgase im System der Maschine vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Ventilschalter (11) für die Anzeige des vollständig geschlossenen Ventils, der mit dem Nebenstrom-Ventil (10) verbunden ist, und die vollständig geschlossene Stellung ermittelt und ein Signal erzeugt, wenn das Nebenstrom-Ventil in die vollständig geschlossene Stellung bewegt worden ist, wobei der Ventilschalter mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist, wodurch verhindert wird, daß die Steuereinheit bei vollständig geschlossener Stellung des Nebenstrom-Ventils die Antriebseinrichtung in eine Richtung bringt, die das

Nebenstrom-Ventil weiter in die Ventilschließrichtung antreibt.

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