DE2758319A1 - Regelvorrichtung mit geschlossenem regelkreis fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Regelvorrichtung mit geschlossenem regelkreis fuer eine brennkraftmaschine

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

NISSAN MOTOR COMPANY, Limited
2, Takara-macni, Kanagawa-ku
Yokohama City, Japan
8 MÜNCHEN 22
MAXIMILIANSTRASSE 43
27. Dezember 1°. P 12 288
Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis, die zum Regeln des Kraftstoff/Luftverhältnisses eines den Brennkammern einer Brennkraftmaschine zugeführten verbrennbaren Gemisches geeignet ist,und insbesondere eine Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis, die einen Differenzsignalgenerator aufweist, der ein Ausgangssignal erzeugt, das den Unterschied zwischen der Grosse des Ausgangssignals eines Gassensors und der Grosse eines Bezugssignals angibt,und die mit einer Einrichtung zum Erzeugen des Bezugssignals entsprechend den maximalen und minimalen Werten des Ausgangssignals des Sensors ausgerüstet ist.
Bei Regelvorrichtungen mit geschlossenem Regelkreis, die die Arbeit von Einrichtungen zur Bildung des Kraftstoff/Luftgemisches von Brennkraftmaschinen, beispielsweise von Vergasern
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odar Krai: ^scoifeinspriLzanlayen, regeln, wird gewöhnlich ein Gassensor dazu verwandt, einen Anteil des von der Maschine abgegebenen Abgases zu messen, der für das Kraftstoff/Luftverhältnis des zugeführten verbrennbaren Gemisches kennzeichnend ist. In den meisten Fällen ist der Sensor ein Sauerstoffsensor, der einen Feststoffelektrolyten, wie beispielsweise Zirkonium, verwendet.
Obwohl der oben erwähnten Zirkoniumsauerstoffsensor zufriedenstellend arbeitet, wenn der Gassensor relativ neu ist, kann der Gassensor, wenn er sich im Laufe der Zeit verschlechtert, ein Ausgangssignal erzeugen, das das augenblickliche Kraftstoff/ Luftverhältnis nicht richtig wiedergibt. Wenn der Gassensor ein solches Signal erzeugt, wird das Kraftstoff/Luftverhältnis vom stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnis fortgeregelt.
Zwei Möglichkeiten, die oben erwähnten unerwünschte automatische Selbstregelung zu vermeiden, sind in der japanischen Patentanmeldung 50-117244 und der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 50-145316 beschrieben. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, das Bezugssignal entsprechend der Änderung des Maximalwertes des Ausgangssignals des Gassensors zu ändern und die andere Möglichkeit ist die Änderung des Bezugssignals entsprechend dem Mittelwert des Ausgangssignals des Gassensors. Da jedoch bei dem zuerst genannten Verfahren keine Massnahmen getroffen sind, das Bezugssignal entsprechend dem kleinsten Wert zu kompensieren, besteht die Gefahr, dass das Bezugssignal einen grossen Fehler in einem Bereich enthält, in dem die Änderung des kleinsten Wertes gross ist. Bei dem zuletzt genannten Verfahren besteht die Gefahr, dass sich das Bezugssignal in unerwünschter Weise mit der Zeit ändert, da das Bezugssignal durch eine zeitliche Mittelung der Maximal- und Minimalwerte erzeugt wird.
Durch die Erfindung sollen die oben erwähnten Mängel beseitigt werden und soll eine Regelvorrichtung mit geschlossenem Regel-
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kreis geliefert werden, die eine Einrichtung aufweist, die ein Bezugssignal gemäss einer oberen momentanen Hüllkurve der maximalen Spitzenspannungen und gemäss einer unteren momentanen Hüllkurve der minimalen Spitzenspannungen des Ausgangssignals des Gassensors erzeugt. Die obere momentane Hüllkurve der maximalen Spitzenspannungen und die untere momentan« Hüllkurve der minimalen Spitzenspannungenwerden im folgenden jeweils als Maximalwert und Minimalwert bezeichnet.
Der Bezugssignalgenerator ist mit einer Schaltung versehen, die zuerst das schwankende Ausgangssignal des Gassensors empfängt, um die oberen und unteren Hüllkurven zu erzeugen, die anschliessend addiert und entsprechend einem vorbestimmten Verhältnis dividiert werden, um ein einziges Signal zu erzeugen, das seinerseits als Bezugssignal in der Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis verwandt werden kann. Vorzugsweise ist jedoch eine weitere Schaltung im Bezugssiqnalgenerator vorgesehen, die die Änderung des einzigen Signals innerhalb einer vorbestimmten oberen maximalen und einer unteren minimalen Grenze beschränkt. Diese Grenzen sind so gewählt, dass sie innerhalb derjenigen beiden Werte liegen, bei denen das Signal des Gassensors wahrscheinlich für irgendeine Zeitspanne aufgrund der Maschinenarbeitsweise, wie beispielsweise dem Kaltstart, der Bremsung der Maschine und ähnlichem, konstant bleibt. Wenn während der oben beschriebenen Arbeitsweise der Maschine die obere und untere Hüllkurve zusammenfallen, ist es durch diese Massnahme unmöglich, dass das Bezugssignal einen Wert gleich dem des Gassensors hat, so dass ein Unterschied zwischen den beiden Signalen immer im Differenzsignalgenerator auftritt, wodurch die automatische Selbstregelung oder die Kraftstoff/Luftversorgungseinrichtung sicher arbeitet.
Wenn weiterhin der Unterschied zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der oberen und unteren Hüllkurve unter einen vorbestimmten Wert fällt, dann wird vorzugsweise die automatisch
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Selbstregelung ausge>cnalt3t,und da der Bezugssignalgenerator erfindungsgemäss Detektoren für den Maximal- und Minimalwert enthält, wird das Ausgangssignal der Detektoren dazu verwandt, ein Steuersignal zum Abschalten der Regelung und zum Wiedereinsetzen der Regelung zu erzeugen.
Ziel der Erfindung ist daher eine Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis, die mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Bezugssignals entsprechend den Maximal- und Minimalwerten des Ausgangssignales eines Gassensors versehen ist, wobei die automatische Selbstregelung ohne Rücksicht auf die Ausgangskennlinie des Gassensors ausgeführt wird.
Ziel der Erfindung ist weiterhin eine derartige Vorrichtung/ bei der eine normale automatische Selbstregelung erhalten werden kann, obwohl die Ausgangsspannung des Gassensors entweder an ihrem Maximalwert oder an ihrem Minimalwert während bestimmter Maschinenbetriebsverhältnisse gehalten wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine derartige Vorrichtung, die mit einer Einrichtung ausgerüstet ist, die kurzzeitig das geschlossene Regelsystem abschaltet, wenn der Gassensor der Vorrichtung nicht in der Lage ist, einen passend breiten Änderungsbereich des Ausgangssignals zu liefern, so dass eine fehlerhafte und/oder unerwünschte Arbeit des geschlossenen Regelsystem vermieden wird.
Durch die Erfindung wird eine Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis für eine Brennkraftmaschine geliefert, bei der eine automatische Selbstregelung des Kraftstoff/Luftverhältnisses des Kraftstoff/Luftgemisches erfolgt und die einen Gassensor, der im Abgaskanal der Maschine angeordnet ist und ein erstes Signal erzeugt, das die Konzentration eines Bestandteiles wiedergibt, der im Abgas enthalten ist, einen ersten Differenzsignalgenerator, der mit dem Gassensor verbunden ist, und ein Signal erzeugt, das den Unterschied in der Grosse zwischen dem ersten Signal und einem ersten Bezugssignal wiedergibt, das das gewünschte Kraftstoff/Luftverhältnis darstellt, einen Regel-
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, der mit dem ersten Differerizsignalgensrar.or verbunden ist und auf das Differenzsignal ansprechend ein erstes Regelsignal erzeugt und eine Kraftstoffversorgungseinrichtung aufweist, die so angeordnet ist, dass sie die Maschine mit Kraftstoff versorgt, wobei die Kraftstoffmenge auf das erste Regelsignal ansprechend gesteuert wird, welche Regelvorrichtung gekennzeichnet ist durch a) einen Maximal-Minimalspannungsfolger,
der mit dem Gassensor verbunden ist und jeweils ein zweites und ein drittes Signal erzeugt, die jeweils eine obere momentane Hüllkurve der maximalen Spitzenspannungen und eine untere momentane Hüllkurve der minimalen Spitzenspannungen des ersten Signals wiedergeben und b) einen Spannungsteiler, der mit dem Maximal-Minimalspannungsfolger verbunden ist, und ein erstes Bezugssignal mit einer Spannung erzeugt, die dadurch erhalten wird, dass ein Spannungsunterschied zwischen den Spannungen des zweiten und dritten Signals in einem vorbestimmten Verhältnis geteilt wird.
Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht darin, dass ein Bezugssignal, mit dem das Ausgangssignal eines Gassensors verglichen wird, dadurch erzeugt wird, dass die Maximal- und Minimalwerte des Ausgangssignals des Gassensors ermittelt werden und dass über einen Spannungsteiler diese Werte addiert werden. Die Änderung des Bezugssignals kann innerhalb vorgeschriebener Maximal- und Minimalwerte des Ausgangssignals des Gassensors begrenzt sein. Das in dieser Weise erzeugte Bezugssignal kann dazu verwandt werden, die automatische Selbstregelung abzuschalten und wieder einzusetzen.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:
Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis, die einen Bezugssignalgenerator enthält.
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Fig. 2 zeigt in einer grafischen Darstellung die Ausgangskennlinien eines Gassensors für das Kraftstoff/ Luftverhältnis, der in der Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis verwandt wird.
Fig. 3 zeigt in einer grafischen Darstellung die Ausgangskennlinie des Gassensors bezüglich der Temperatur.
Fig. 4 zeigt in einer grafischen Darstellung die Ausgangskennlinie des Gassensors bezüglich der Zeit.
Fig. 5 zeigen ein erstes bis viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bezugssignalgenerators, der in Fig. 1 dargestellt ist.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltung, die den Bezugssignalgenerator,den Differenzsignalgenerator und den Regelsignalgenerator, die in Fig. 1 dargestellt sind, enthält, um die automatische Selbstregelung entsprechend dem Ausgangssignal des Gas- ' sensors abzuschalten.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis dargestellt. Ein Gassensor 3, beispielsweise ein Sauerstoff(0-)Sensor ist im Abgaskanal 2 einer Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Ein katalytischer Wandler 7 befindet sich in der dargestellten Weise im Abgaskanal 2, um die schädlichen Anteile, die im Abgas enthalten sind, zu reduzieren. Ein Differenzsignalgenerator 4 ist so angeordnet, dass er ein Differenzsignal erzeugt, das den Unterschied in der Grosse des Ausgangssignales des Gassensors 3 und eines Bezugssignals V wiedergibt, das ein gewünschtes Kraftstoff/Luftverhältnis, beispielsweise das stöchiometrische Kraftstoff/Luftverhältnis, darstellt. Ein Regelsignalgenerator 5, der einen Proportional-Integralregler enthalten kann, wird dazu verwandt, auf das Differenzsignal ansprechend ein Regelsignal zu erzeugen. Das Regelsignal wird dann einer Kraftstoff-
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versorgungseinrichtung 6, beispielsweise einem Vergaser oder einer Einspritzanlage, zugeführt. Die oben beschriebene Anordnung ist die gleiche wie bei einer herkömmlichen Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis mit der Ausnahrae, dass ein Bezugssignalgenerator 20 vorgesehen ist, der das Bezugssignal dem Ausgangssignal des Gassensors entsprechend erzeugt.
In Fig. 2 ist die Beziehung zwischen-dem Kraftstoff/Luftverhältnis und der Ausgangsspannung des Gassensors 3 dargestellt. Die Kurve a in Fig. 2 zeigt die Kennlinie des Gassensors, wenn er unter normalen Bedingungen verwandt wird, d.h. wenn der Gassensor relativ neu ist und seine Temperatur über einem gegebenen Wert liegt. Die andere Kurve b zeigt die Kennlinie desselben Gassensors 3, wenn er unter abnormen Verhältnissen d.h. dann verwandt wird, wenn sich der Gassensor mit der Zeit verschlechtert hat oder seine Temperatur unter einem gegebenen Wert liegt.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist* erzeugt unter normalen Verhältnissen der Gassensor eine Ausgangsspannung V1, wenn er einem augenblicklichen Kraftstoff/Luftverhältnis X- ausgesetzt ist,das in der Nähe des stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnisses liegt. Im verschlechterten Zustand erzeugt der Gassensor 3 jedoch eine Ausgangsspannung V., wenn er einem augenblicklichen Kraftstoff/Luftverhältnis X, ausgesetzt ist, das reicher als das Kraftstoff/Luftverhältnis X1 ist. Das bedeutet, dass der Gassensor im verschlechterten Zustand ein Ausgangssignal erzeugen wird, das das augenblickliche Kraftstoff /Luftverhältnis nicht richtig wiedergibt.
In Fig. 3 ist die Beziehung zwischen der Temperatur und der Ausgangsspannung des Gassensors 3 dargestellt. Der Maximalwert verringert sich mit abnehmender Temperatur, während der Minimalwert mit abnehmender Temperatur ansteigt. Tatsächlich
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nimmt der Minimalwart nach einem Anstieg bei sehr niedrigen Temperaturen leicht ab.
Die Kurve d zeigt die Änderung eines Bezugssignals, das bei den bekannten Regelvorrichtungen verwandt wird. Das Bezugssignal, das durch die Kurve d wiedergegeben wird, wird dadurch erzeugt, dass der Maximalwert halbiert wird. Da das Bezugssignal d nur vom Maximalwert abhängt, nähert sich die Grosse des Bezugssignals d dicht dem Minimalwert im Bereich niedriger Temperatur und wird manchmal kleiner als der Minimalwert. Die Kurve c zeigt die Änderung des Bezugssignals, das bei der erfindungsgemässen Vorrichtung verwandt wird, bei der das Bezugssignal sowohl durch den Maximalwert als auch den Minimalwert des Ausgangssignals des Gassensors 3 bestimmt ist. Die Grosse des Bezugssignals c ist so gewählt, dass sie gleich dem Mittelwert des Maximal- und Minimalwertes ist. Das Verfahren der Erzeugung des Mittelwertes wird im folgenden näher im einzelnen erläutert.
In Fig. 4 ist die Beziehung zwischen der Zeit und der Ausgangskennlinie des Gassensors 3 dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt ein Bezugssignal, das dadurch erhalten wird, dass das Ausgangssignal des Gassensors 3 bei einer herkömmlichen Regelschaltung mit geschlossenem-Regelkreis gemittelt wird. Es ist wahrscheinlich, dass das Bezugssignal mit fortschreitender Zeit ansteigt oder abfällt, da der Mittelwert als Funktion der Zeit erhalten wird. Die grafische Darstellung in Fig. 4 zeigt den Fall, in dem die Zeitspanne, über die das reiche Gemisch zugeführt wird, langer als die Zeitspanne ist, für die das arme Gemisch zugeführt wird. Das Bezugssignal, das das gemittelte Signal des Ausgangssignals des Gassensors ist, neigt daher dazu, mit der Zeit anzusteigen.
Fig. 5 zeigt ein' erstes Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäss vorgesehenen Bezugsignalgenerators 20. Eine Eingangsklemme 8 ist mit einem Eingang eines Verstärkers
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9 verbunden, wobei die EingangskleinKie 8 mit dem Ausgangssignal V1 des Gassensors 3 von Fig. 1 versorgt wird. Die Kathode einer ersten Diode D.. und die Anode einer zweiten Diode D- sind miteinander und weiterhin mit einem Ausgang des Verstärkers 9 verbunden. Die Anode der ersten Diode D1 liegt über einen ersten Kondensator C1 an einer positiven Energiequelle ® , während die Kathode der zweiten Diode D2 über einen zweiten Kondensator C? an einer negativen Energiequelle θ oder an Masse liegt. Die Anode der ersten Diode D- und die Kathode der zweiten Diode D2 sind über jeweilige Widerstände R1, R2 an einen Knotenpunkt P angeschlossen, während der Knotenpunkt P weiterhin mit einem Eingang eines Pufferverstärkers 10 verbunden ist. Die Widerstände R1 und R2 bilden einen Spannungsteiler. Das Ausgangssignal der Pufferschaltung liegt an einer Ausgangsklemme 11.
Im folgenden werden die Funktion unddie Arbeitsweise der in Fig. 5 dargestellten Schaltung beschrieben. Das durch den Gassensor 3 erzeugte Eingangssignal V1 wird in passender Weise durch den Verstärker 9 zu einem Signal VE verstärkt. Das Signal V£ geht durch das Diodenpaar D1, D2, so dass zwei Kondensatoren C1, C2 der Grosse des Signales V_ entsprechend aufgeladen und entladen werden. Die Kondensatoren C1, C2 speichern jeweils ein minimales Potential und ein maximales Potential des Signales V„. Die geladenen minimalen und maximalen Potentiale des Signales V„ werden jeweils über die Widerstände R1 und R. entladen, so dass die augenblicklichen Minimal- und Maximalpotentiale jeweils nach Massgabe der Schwankungen des Signales V„ gespeichert sind. Das bedeutet, dass die Dioden D1, D2 und die Kondensatoren C., C2 einen Maximal-Minimalspannungsfolger bilden. Um den Verstärker 9 zu schützen,kann der Lade- und Entladestrom dadurch begrenzt werden, dass ein Widerstand zwischen den Ausgang des Verstärkers 9 und das Diodenpaar D1, D in Reihe geschaltet wird.
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Die geladenen Maximal- und Minimalwerte Vx.,..,, V„TM werden
MAX MIN
durch die Widerstände R1 , R_ in einem bestimmten Verhältnis geteilt, beispielsweise wird der Unterschied zwischen den Maximal- und Minimalwerten halbiert. Der Widerstandswert der Widerstände R1 und R_ kann so gewählt sein, dass eine geeignete Entladezeitkonstante erhalten wird. Wenn die Widerstandswerte der Widerstände R1, R2 gross sind, kann die Ausgangsimpedanz durch die angeschlossene Pufferschaltung 10 verringert werden. Das Ausgangssignal Vg der Pufferschaltung 10 liegt am Differenzsignalgenerator 4, der in Fig. 1 dargestellt ist und wird als Bezugssignal verwandt.
Bei dieser Anordnung wird das Bezugssignal V_ unbeeinflusst von den Änderungen der Maximal- und Minimalwerte erzeugt. Weiterhin wird das Bezugssignal Vc ohne Rücksicht auf die Zeit erzeugt, für die das Ausgangssignal des Gassensors 3 den Maximal oder Minimalwert annimmt. Das bedeutet, dass die gewünschte automatische Selbstregelung des Kraftstoff/Luftverhältnisses unabhängig von der Änderung der Ausgangskennlinie des Gassensors 3 erfolgt.
Die geladenen Potentiale an den Kondensatoren C1 und C- unterscheiden sich etwas von den Maximal- und Minimalwerten des Signales V„ jeweils aufgrund des Spannungsabfalls V_ an den Dioden D1, D?. Da die Richtung des Spannungsabfalls V_ an den beiden Dioden D1 und D- jedoch entgegengesetzt ist, kann der Einfluss vom Spannungsabfall V ausgeglichen werden, wenn die Dioden D1, D, dieselben Kennlinien haben, während die Widerstandswerte der Widerstände R1, R2 gleich gross sind, d.h. wenn die Schaltung eine Spannung gleich der Hälfte des Unterschiedes zwischen den Maximal- und Minimalwerten erzeugt, wie es im Obigen beschrieben wurde.
Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, das dazu verwandt wird, den oben erwähnten leichten Unterschied in den Potentialen auszugleichen und auch die Ausgangsimpedanz für alle Signale, die Maximal- und Minimalwerte haben, herabzusetzen.
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Die einander entsprechenden Bauteile in Fig. 5 und 6 sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Bei diesem zweiten Ausführung sbei spiel sind zusätzlich zwei Transistoren Q1 und Q- und vier Widerstände R3, R., R5, und R vorgesehen. Die Basis des Transistors Q1 liegt an der Anode der Diode D1 und sein Kollektor ist mit der positiven Energiequelle ® verbunden, während die Basis des anderen Transistors Q- an der Kathode der Diode D- liegt und sein Kollektor mit der negativen Energiequelle θ verbunden ist. Die Widerstände R3 und R4 sind jeweils parallel zu den Kondensatoren C1, C- vorgesehen. Die Widerstände R,-und R_ liegen jeweils zwischen dem Emitter jedes Transistors Q1, Q- und der negativen und positiven Klemme der Energiequelle, während die Emitter von beiden Transistoren Q- und Q- weiterhin über zwei Widerstände R1, R2, die in Reihe zueinander geschaltet sind, miteinander verbunden sind. Der Knotenpunkt P, der die Widerstände R1, R- verbindet, liegt an der Ausgangsklemme 11.
Wie es oben erwähnt wurde, hat das Potential der Ladung am Kondensator C. den Minimalwert. Das Potential ist jedoch etwas, und zwar um den Spannungsabfall VD in Durchlassrichtung über der Diode D1 höher als tier wirkliche Minimalwert. Der Transistor Q1 ist ein n-p-n-Transistör und die durch die Emitterfolgerschaltung des Transistors erhaltene Spannung ist um den Spannungsabfall VßE zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q1 niedriger als die Eingangspannung. Da dieser Spannungsabfall Vn- im allgemeinen nahe an dem anderen
DJ!·
Spannungsabfall V über der Diode D1 liegt, liegt die Ausgangsspannung des Transistors Q1 sehr nahe am wirklichen Minimalwert. Der Maximalwert wird gleichfalls über den Transistor Q-, der ein p-n-p-Transistor ist, in derselben Weise kompensiert. Die Widerstände R3, R4 sind dazu vorgesehen, die gespeicherten Ladungen bei diesem AusfUhrungsbeispiel zu entladen.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Schaltung ist die Ausgangsimpedanz aufgrund der Emitterfolgerschaltung herabgesetzt, so dass
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- ν* -Η«
die Widerstandswerte der Widerstände R-, R_ herabgesetzt werden können und sich weiterhin ein Pufferverstärker, wie er in Fig. 5 dargestellt ist, erübrigen kann. Bei dieser Anordnung ist die erhaltene Ausgangsspannung Vc proportional zum Teilerverhältnis , obwohl der Widerstandswert des Widerstandes R1 nicht gleich dem des Widerstandes R- ist. Diese Schaltung hat somit einen Vorteil, wenn eine niedrige Ausgangsimpedanz erforderlich ist, oder wenn das Teilerverhältnis anders als auf die Hälfte des Unterschiedes zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert festgelegt ist. Die Widerstände R und R. sind dazu vorgesehen, die Entladezeitkonstante zu bestimmen. Die anderen Arbeitsvorgänge beim zweiten Ausführungsbeispiel sind die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 5 dargestellt ist, so dass sich eine Beschreibung erübrigt.
In Fig. 7 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt, bei dem der Spannungsabfall ν~ aufgrund der Dioden D.. und D„ weiterkompensiert wird. Die in Fig. 7 und in den vorhergehenden Figuren entsprechenden Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Zwei Funktionsverstärker 12, 13 sind zusätzlich bei diesem Ausführungsbeisp'iel vorgesehen. Der nicht invertierende Eingang des Funktionsverstärkers 12 ist mit der Anode der Diode D.. verbunden, während sein invertierender Eingang über einen Widerstand R3 an der positiven Klemme Φ der Energiequelle liegt. Der nicht invertierende Eingang des Funktionsverstärkers 13 ist mit der Kathode der Diode D2 verbunden, während sein invertierender Eingang über einen Widerstand R* an der negativen Klemme θ der Energiequelle liegt. Zwei Dioden D-, D4 sind jeweils über die Funktionsverstärker 12, 13 geschaltet, wobei die Anode der Diode D^ mit dem invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers 12 und die Kathode der Diode D. mit dem invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers 13 verbunden ist. Die Ausgänge der
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beiden Funktionsverstärker 12, 13 sind über zwei Widerstände R^, R miteinander verbunden. Der Knotenpunkt P, der die Wid stände R1, R- verbindet, liegt an der Ausgangsklemme 11.
Wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, ist das Potential der Ladung des Kondensators C1 um den Spannungsabfall V- höher als der wirkliche Minimalwert. Das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 12 wird über die Diode D- zu seinem invertierenden Eingang rückgekoppelt und der nicht invertierende Eingang wird mit dem Potential über dem Kondensator C1 versorgt. Die Spannung am Ausgang des Funktionsverstärkers 12 ist um den Spannungsabfall V1 über der Diode D_ kleiner als die Spannung am nicht invertierenden Eingang. Wenn die Dioden D1, D„ dieselben Diodenkennlinien zeigen und der Widerstandswert des Widerstandes R31 gleich dem des Widerstandes R3 ist, ist der Spannungsabfall V- gleich dem Spannungsabfall Vn, da dieselbe elektrische Strommenge durch beide Dioden D1 und D_ fliesst. Die Ausgangsspannung des Funktionsverstärkers 12 ist daher exakt gleich dem Minimalwert. In derselben Weise ist die Ausgangsspannung des anderen Funktionsverstärkers 13 exakt gleich dem Maximalwert. Der in Fig. 7 dargestellte Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels liefert den exakten Unterschied zwischen den Maximal- und Minimalwerten am Ausgang des Differentialverstärkers 11.
Da bei dieser Ausbildung die Maximal- und Minimalwerte genau ermittelt werden, hat die in Fig. 7 dargestellte Schaltung den Vorteil, dass sie zum Abschalten und Wiedereinsetzen der automatischen Selbstregelung entsprechend dem Unterschied zwischen den Maximal- und Minimalwerten verwandt werden kann, wie es später beschrieben wird, und dass es gleichfalls möglich ist, das Teilerverhältnis, durch das das Bezugssignal Vg bestimmt ist, exakt festzulegen. Es versteht sich weiter, dass die Ausgangsimpedanz dieser Schaltung gleichfalls klein ist.
Im Vorhergehenden wurden anhand der Fig. 5 bis 7 drei Ausführungsbeispiele der Schaltung zum Erzeugen eines Bezugssignals
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durch die Ermittlang des Unterschiedes zwischen den Maximal- und Minimalwerten beschrieben. Es können jedoch auch andere Schaltungen, beispielsweise eine Spitzenwertdetektorschaltung, die im breiten Umfang verwandt wird, mit einem Funktionsverstärker benutzt werden, um die Maximal- und Minimalwerte zu ermitteln.
Bei den in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Schaltungen kann die automatische Selbstregelung nicht erfolgen, wenn die Stärke des Bezugssignals Vc gleich der des Ausgangssignals V"T des Gassensors 3 ist. Diese Situation kann dann eintreten, wenn die Maschine für eine lange Zeitdauer mit voller Beschleunigung und vollständig offenem Drosselventil arbeitet, bei einer Abbremsung durch ein Maschinenbremsen oder wenn die Maschine bei niedrigen Temperaturen gestartet wird. Um diese unerwünschte Situation zu vermeiden, sollten Maximal- und Minimalwerte hervorgebracht werden, selbst wenn die Stärke des Ausgangssignals des Gassensors konstant bleibt. Um Maximum- und Minimumwerte in der oben beschriebenen Situation zu erzeugen, ist es notwendig, entweder für eine obere oder eine untere Grenze für das Bezugssignal zu sorgen. Der Variationsbereich des Bezugssignals ist nämlich vorzugsweise so begrenzt, dass er innerhalb der vorhergesagten Maximal- und Minimalwerte liegt, bei denen das Ausgangssignal des Gassensors wahrscheinlich konstant bleibt.
Bei der oben beschriebenen Ausbildung fällt somit die Stärke des Ausgangssignals des Gassensors niemals mit der Stärke des Bezugssignals zusammen. Angenommen, beispielsweise dass die Ausgangsspannung des Gassensors auf ihrem Minimalwert liegt, so ist das Bezugssignal durch die untere Grenze festgelegt, die über dem Minimalwert liegt. Es tritt daher ein Unterschied zwischen dem Ausgangssignal des Gassensors und dem Bezugssignal Vg in der Signalstärke auf, so dass das Kraftstoff/Luftverhältnis in Richtung auf ein reicheres Gemisch gesteuert wird. Das hat zur Folge, dass der Gassensor
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ein Ausgangssignal erzeugt, das sich statt wie vorher zum Maximalwert bewegt, was ein zunehmend reicheres Gemisch anzeigt. Während diese Arbeitsvorgänge wird das Ausgangssignal des Gassensors dazu gebracht, wie im normalen Fall zu schwanken, so dass ein normales Bezugssignal erhalten wird.
In Fig. 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Bezugssignalgenerators dargestellt, bei dem der- Variationsbereich des Bezugssignals Ve, innerhalb der Maximal- und Minimalwerte begrenzt ist. Die in Fig. 8 dargestellte Schaltung ist gleich der in Fig. 5 dargestellten Schaltung ausser, dass zwei Dioden D5, D6 und vier Widerstände R7 bis R10 vorgesehen sind. Zwei Widerstände R7, Rß sind in Reihe zwischen die positive und die negative Klemme φ und θ der Energiequelle geschaltet. Ein weiteres Paar von Widerständen R , R10 ist gleichfalls in Reihe zwischen die positive und die negative Klemme der Energiequelle geschaltet. Die Anode der Diode D_ liegt am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R-, R„, während ihre Kathode mit dem Knotenpunkt P verbunden ist, an dem die Anode der anderen Diode D 'liegt. Die Kathode der Diode D- ist
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mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Rg, R10 verbunden. Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei der in Fig. 5 dargestellten Schaltung.
Wie es in Fig. 8 dargestellt ist, bilden die zwei Widerstandspaare R7, Rg und Rq, R10 zwei Spannungsteiler jeweils. Die Widerstandswerte der Widerstände R7 bis R10 sind verglichen mit denen der Widerstände R1 und R- ausserordentlich klein. Der Spannungsteiler, der aus den Widerständen R , R« besteht, erzeugt eine untere Grenzspannung VLL an dem Verbindungspunkt der Widerstände, während der andere Spannungsteiler, der aus den Widerständen Rg, R10 besteht, eine obere Grenzspannung V-rj an der Verbindungsstelle der Widerstände erzeugt. Wenn die Spannung V01 am Knotenpunkt P dazu neigt, über die obere Grenzspannung V.ö zu steigen, fliesst ein elektrischer Strom durch die Diode D, aufgrund der Vorspannung in Durchlassrichtung, so das die Spannung V0, daran gehindert wird, über den oberen Grenzwert
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VT „ anzusteigen. In derselben Waise wird die Spannung V„, am Knotenpunkt P aufgrund der Vorspannung der Diode D_ in Durchlassrichtung daran gehindert, unter die untere Grenzspannung VTT zu fallen.
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Es versteht sich, dass, obwohl die in Fig. 8 dargestellte Schaltung die in Fig. 5 dargestellte Schaltung und die oben beschriebene Schaltung zum Festlegen der oberen und unteren Grenze enthält,die Schaltung zum Festlegen der oberen und unteren Grenze auch bei den in den Fig. 6 und 7 dargestellten Schaltungen verwandt werden kann.
In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel zum Abschalten der automatischen Selbstregelung entsprechend dem Unterschied zwischen den Maximal- und Minimalwerten des Ausgangssignales des Gassensors 3 von Fig. 1 dargestellt. Die in Fig. 9 dargestellte Schaltung erhält dieselbe Schaltung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, ausser dem Pufferverstärker 10 und weist weiterhin zwei Differenzsignalgeneratoren 14, 17, einen Komparator 18 und eine integrierende Schaltung 15, R11/ C3 mit einem Schalterkreis 19 auf. Der Komparator 14 wird als Differenzsignalgenerator 4 in Fig. 1 verwandt, während die integrierende Schaltung 15, R11/ C-, als Regelsignalgenerator 5 von Fig. 1 verwandt wird. Der Schalterkreis 19 wird dazu benutzt, die automatische Selbstregelung abzuschalten, indem er, wenn er erregt wird, ein konstantes Signal am Ausgang des Integrators erzeugt.
Der Ausgang des Verstärkers 9 liegt am Eingang des ersten Differentialsignalgenerators 14, während der andere Eingang des ersten Differentialsignalgenerators 14 mit dem Knotenpunkt P verbunden ist. Die Anode der ersten Diode D1 und die Kathode der zweiten Diode D2 stehen jeweils mit den Eingängen des zweiten Differenzsignalgenerators 17 in Verbindung. Der Ausgang des zweiten Differenzsignalgenerator 17 ist mit einem Eingang des Komparators 18' verbunden, während der andere Eingang des Komparators 18 mit einem Bezugssignal Va versorgt wird. Der Ausgang des ersten Differentialsignal-
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generators 14 ist über einen Widerstand R-1 mit einem Eingang eines Funktionsverstärkers 15 verbunden, dessen anderer Eingang an Masse liegt. Ein Kondensator C3 ist über den Eingang und den Ausgang des Funktionsverstärkers 15 geschaltet, während der Schalterkreis 19 parallel zum Kondensator C, liegt. Der Ausgang des Funktionsverstärkers ist mit einer Ausgangsklemme 16 verbunden.
Ein Bezugssignal V5 wird am Knotenpunkt P erzeugt, wie es anhand von Fig. 1 beschrieben wurde und an den ersten Differenzsignalgenerator 14 gelegt. Da der erste Differenzsignalgenerator mit einem Ausgangssignal V„ des Verstärkers 9 versorgt wird, erzeugt er ein Ausgangssignal V_, das den Unterschied zwischen den stärken der beiden Signale V_ und V„ angibt. Der Integrator 15 , R11I C-, der mit dem ersten Differenzsignalgenerator 14 verbunden ist, erzeugt auf das Signal V„ ansprechend ein Ausgangssignal V„, das als Regelsignal verwandt wird. Das Regelsignal liegt an der Kraftstoffversorgungseinrichtung 6, die in Fig. 1 dargestellt ist. Ein nicht dargestelltes Betätigungsglied, das in der Kraftstoffversorgunseinrichtung 6 angeordnet ist, wird auf das Regelsignal ansprechend so betätigt, dass es die Kraftstoff- oder Luftmenge steuert. Mit dieser Anordnung erfolgt die automatische Selbstregelung.
Wenn jedoch der Unterschied zwischen den Maximal- und Minimalwerten extrem klein ist, kann eine normale automatische Selbstregelung nicht erfolgen und sollte die automatische Selbstregelung abgeschaltet werden. Der zweite Differenzsignalgenerator 17 ist so angeordnet, dass er ein Ausgangssignal V_ erzeugt, das den Unterschied zwischen den Maximal- und Minimalwerten angibt, die in den Kondensatoren C1. und Cj gespeichert sind. Der Komparator 18 erzeugt ein Ausgangssignal V1,, wenn die Stärke des Signales V„ unter der Stärke des Bezugs-
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signales VA liegt. Der Schalterkreis 10 ist so angeordnet, dass er sich beim Vorhandensein des Signales V_ schliesst. Mit der Anordnung aus einer Kombination des zweiten Differenzsignalgenerators 17, des !Comparators 18 und des Schalterkreises 19 wird die automatische Selbstregelung abgeschaltet, wenn der Unterschied zwischen den Maximal- und Minimalwerten unter einem vorbestimmten Wert liegt.
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Claims (14)

  1. Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis für eine Brennkraftmaschine
    PATENTANSPRÜCHE
    Vi. I Regelvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis für eine Brennkraftmaschine, bei der eine automatische Selbstregelung des Kraftstoff/Luftverhältnisses des Kraftstoff/Luftgeinisches erfolgt, mit einem Gassensor, der im Abgaskanal der Maschine angeordnet ist und ein erstes Signal erzeugt, das die Konzentration eines im Abgas enthaltenen Bestandteiles wiedergibt, mit einem ersten Differenzsignalgenerator, der mit dem Gassensor verbunden ist und ein Signal erzeugt, das den Unterschied in der Stärke zwischen dem ersten Signal und einem ersten Bezugs-
    8Q982S/.1034
    TSUBPON (OS«) 99 98 69
    os-9oaao
    TSLBSRAMMB MONAPAT
    TfUKOPMfHR
    signal wiedergibt, das ein gewünschtes Krartstoff/Lufcverhältnis darstellt, mit einem Regelsignalgenerator, der mit dem ersten Differenzsignalgenerator verbunden ist und auf das Differenzsignal ansprechend ein erstes Regelsignai erzeugt, und mit einer Kraftstoffversorgungseinrichtung, die so angeordnet ist, dass sie die Maschine mit Kraftstoff versorgt, wobei die Kraftstoffmenge nach Massgabe des ersten Regelsignals gesteuert wird, gekennzeichnet durch einen Maximal-Minimalspannungsfolger (D1 bis D., Cj, C2, R1-Rg, R3, ,R41), der mit dem Gassensor verbunden ist und jeweils ein zweites und ein drittes Signal erzeugt, die jeweils eine obere augenblickliche Hüllkurve der maximalen Spitzenspannungen und eine untere augenblickliche Hüllkurve der minimalen Spitzenspannungen des ersten Signals wiedergeben und durch einen Spannungsteiler (R-, R2) $ der mit dem Maximal-Minimalspannungsfolger verbunden ist und das erste Bezugssignal mit einer Spannung erzeugt, die dadurch erhalten wird, dass ein Spannungsunterschied zwischen den Spannungen des zweiten und dritten Signals in einem vorbestimmten Verhältnis geteilt wird.
  2. 2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Maximal-Minimalspannungsfolger einen ersten und eine zweiten Kondensator (C-, C„) mit je einer ersten und einer zweiten Klemme, einen ersten und einen zweiten Gleichrichter (D-, D3) mit je einer Anode und einer Kathode und eine Entladeeinrichtung (R- bis R-) aufweist, wobei die zweite Klemme des ersten Kondensators (Cj) mit der Anode des ersten Gleichrichtes (D1) verbunden ist, wobei die zweite Klemme des zweiten Kondensators (C3) an der Kathode des zweiten Gleichrichters (D2) liegt,wobei die Kathode des ersten Gleichrichters (D1) mit der Anode des zweiten Gleichrichters (D2) verbunden ist, wobei die ersten Klemmen des ersten und zweiten Kondensators (C1, C-) jeweils mit einer positiven und einer negativen Spannung versorgt werden,
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    wobei die Entladeeinrichtung mit den zweiten Klemmen des ersten und des zweiten Kondensators verbunden ist und wobei der Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichrichter (D.., D2) mit dem ersten Signal versorgt wird, um das zweite und das dritte Signal an den zweiten Klemmen des ersten und zweiten Kondensators (C1, C_) zu erzeugen.
  3. 3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der erste und der zweite Gleichrichter Dioden sind.
  4. 4. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Spannungsteiler als Endladeeinrichtung dient.
  5. 5. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximal-Minimalspannungsfolger aus einer Eingangsklemme (8), die mit der Kathode einer ersten Diode (D1) und der Anode einer zweiten Diode (D2) verbunden ist, aus einem ersten Kondensator (C1), der zwischen der Anode der ersten Diode (D1) und einer positiven Energiequelle liegt, einem zweiten Kondensator (C2) t der zwischen der Kathode der zweiten Diode (D?) und einer negativen Energiequelle liegt, einem Widerstandspaar (R-, R4), die jeweils parallel zum ersten und zweiten Kondensator (C1, C2) geschaltet sind, einem n-p-n-Transistor (Q1), dessen Basis und Kollektor jeweils mit der Anode der ersten Diode (D1) und der positiven Energiequelle verbunden sind, einem p-n-p-Transistor (Q2),dessen Basis und Kollektor jeweils mit der Kathode der zweiten Diode (D2) der negativen Energiequelle verbunden sind, und zwei Widerständen (Rc, R_) besteht, die jeweils zwischen dem Emitter des n-p-n-Transistors (Q1) und der negativen Energiequelle und zwischen dem Emitter des p-n-p-Transistors (Q2) und der positiven Energiequelle liegen, so dass das zweite und dritte Signal jeweils an den Emittern der Transistoren (Q1 , Q3) erzeugt wird.
    -A-
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  6. 6. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Maximal-Minimalspannungsfolger aus einer Eingangsklemme (8), die mit der Kathode einer ersten Diode (D1) und der Anode einer zweiten Diode (D~) verbunden ist, einem ersten Kondensator (C1), der zwischen der Anode der ersten Diode (D1) und einer positiven Energiequelle liegt, einem zweiten Kondensator (C„), der zwischen der Kathode der zweiten Diode (D2) und einer negativen Energiequelle liegt, zwei Widerständen (R3, R4), die jeweils parallel zum ersten und zweiten Kondensator (C1, C3) geschaltet sind, einem ersten Funktionsverstärker (12), dessen positiver Eingang mit der Anode der ersten Diode (D1) verbunden ist, einem zweiten Funktionsverstärker (13), dessen positiver Eingang mit der Kathode der zweiten Diode (D-) verbunden ist, einem zweiten Widerstandspaar (R3, , R4), die jeweils zwischen dem negativen Eingang des ersten Funktionsverstärkers und der positiven Energiequelle und zwischen dem negativen Eingang des zweiten Funktionsverstärkers (13) und der negativen Energiequelle liegen, einer dritten Diode (D-), deren Anode und Kathode jeweils mit dem negativen Eingang des ersten Funktionsverstärkers (12) und dessen Ausgang verbunden sind und einer vierten Diode (D.) besteht, deren Kathode und Anode jeweils mit dem negativen Eingang des zweiten Funktionsverstärkers (13) und dessen Ausgang verbunden sind, um jeweils das zweite und das dritte Signal am Ausgang der Funktionsverstärker (12, 13) zu erzeugen.
  7. 7. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Spannungsteiler einen ersten Widerstand (R1) und einen zweiten Widerstand (R„) enthält, die über einen Knotenpunkt (P) in Reihe zueinander geschaltet sind, wobei jeder Widerstand jeweils mit dem zweiten und dem dritten Signal versorgt wird, um am Knotenpunkt das Bezugssignal zu erzeugen.
  8. 8. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Begrenzungsschaltung (D1-, D, ,
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    R? bis Rjq)» die mit dem Spannungsteiler (R1, R-) verbunden ist und einen begrenzten Variationsbereich für das Bezugssignal liefert.
  9. 9. Regelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Begrenzungsschaltung (D,, R_, R..) so arbeitet, dass sie einen oberen Grenzwert für das Bezugssignal liefert.
  10. 10. Regelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Begrenzungsschaltung (D5, R7, R„) so arbeitet, dass sie einen unteren Grenzwert für das Bezugssignal liefert.
  11. 11. Regelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Begrenzungsschaltung (D5, Dfi, R7 bis R10) so arbeitet, dass sie einen oberen und einen unteren Grenzwert für das Bezugssignal liefert.
  12. 12. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Differenzsignalgenerator (17), der mit dem Maximal-Minimalspannungsfolger verbunden ist und ein Differenzsignal erzeugt, das den Unterschied zwischen dem zweiten und dritten Signal angibt, durch eine Vergleichsschaltung, die mit dem zweiten Differenzsignalgenerator verbunden ist und ein Steuersignal zum Abschalten und Wiedereinschalten erzeugt, indem sie die Stärke des Differenzsignals mit einem zweiten anliegenden Bezugssignal vergleicht,und durch einen Schalterkreis (19) , der mit dem
    RegelSignalgenerator (5) verbunden ist, um die automatische Selbstregelung entsprechend dem Steuersignal zum Abschalten und Wiederanschalten abzuschalten und wiedereinzusetzen.
  13. 13. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, g e k e η nf^a eichnet durch einen Verstärker (9), der zwischen der Eingangsklemme (8) und dem Maximial-Minimalspannungsfolger liegt und das erste Signal proportional verstärkt.
    809626/1034
  14. 14. Regelvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Pufferverstärker (10), der mit dem Knotenpunkt (P) verbunden ist und ein niederohmiges Bezugssignal erzeugt.
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