DE2836067A1 - Verfahren zur regelung der luft-brennstoffmischung bei einer brennkraftmaschine und elektronisches system zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

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BROSE

D-8023 München-Pullach. Wiener Sir. 2; Tel. (089) / 93 30 ? ι; Tetex 5ίΊϋΐ47 bras d; Cables· «Patentibus· München

2836057

Ihr Zeichen: Tag: ^.August 1978

Your ref.: DbiJO—A Date: ^s

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48075, USA

Verfahren zur Regelung der Luft/Brennstoffmischung bei einer Brennkraftmaschine und elektronisches System zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein elektronisches System zur Regelung der Luft/Brennstoffmischung bei einer Brennkraftmaschine und speziell ein System gemäß einer geschlossenen Regelschleife zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Luft/Brennstoffmischung in einer Brennkraftmaschine_s wobei der Fahrer des betreffenden Fahrzeugs eine gegebene Brennstoffströmung vorgibt und das Regelsystem dann die Luftströmung einstellt, um das gewünschte Luft/Brennstoff verhältnis aufrechtzuerhalten.

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In den letzten Jahren hat die Bedeutung der Aufrechterhaltung eines gewünschten oder optimalen Luft/Brennstoffverhältnisses bei Brennkraftmaschinen laufend zugenommen. Untersuchungen hinsichtlich der Gesundheit und Sicherheit führten dazu, daß die Umweltverschmutzun abgesenkt oder beseitigt werden muß und es wurden Staatsgesetze und öffentliche Gesetze erlassen, die die Abgasnormen regeln. Heut zutage müssen Brennkraftmaschinen, wie sie beispielsweise in Kraft fahrzeugen und ähnlichem verwendet werden, diese Normen erfüllen und müssen nahezu unter allen Betriebsbedingungen nicht mehr als eine vorgeschriebene Menge an Luftverschmutzung erzeugen bzw. Kohlenmonoxyde, nicht verbrennbare Kohlenwasserstoffe und verschiede-i ne Stickstoffoxyde geben.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß für jede Brennkraftmaschine und für jede Bedingung oder Zustand, unter welcher die Maschine arbeitet, es bestimmte wünschenswerte Luft/BrennstoffVerhältnisse gibt,' die aufrechterhalten werden müssen, um eine optimale Steuerung hin;· sichtlich der Erzeugung und Abgabe von Schadstoffen sicherzustel- !

len. Ähnlich wurde festgestellt, daß für eine gegebene Maschine _; ^!

und für einen gegebenen Satz von Maschinenbetriebsbedingungen ebeni· falls optimale Luft/Brennstoffverhältnisse existieren, die zu optimalen Fahreigenschaften führen. Die vor noch nicht langer Zeit entstandenen Brennstoffverknappung und die laufend zunehmenden Kosten für Brennstoff hat zu zunehmenden Betrachtungen und Beobachtungen und vor kurzer Zeit zu einer Gesetzgebung geführt, gemäß welcher für Kraftfahrzeuge Normen festgelegt werden, wieviel Meilen pro Gallone ein Fahrzeug erreichen muß.

Die Zahl der Meilen pro Gallone stellt somit einen !^richtigen Aspekt der Fahreigenschaft dar und ein weiterer Aspekt betrifft das Merkmal, in welchem Ausmaß die Brennkraftmaschine auf Befehle des Fahrers anspricht, ohne daß dabei Fehlzündungen, ein Stotterbetrieb oder ein unrunder rauher Lauf der Maschine und ähnliche Erscheinungen auftreten.

Unglücklicherweise besteht in vielen Fällen ein direkter Konflikt zwischen dem optimalen Luft/Brennstoffverhältnis, welches zum Aufrechterhalten einer minimalen Erzeugung und Abgabe von Schajd stoffen erforderlich ist und dem Luft/Brennstoffverhältnis, welches für eine optimale Fahreigenschaft erforderlich ist. Bei den meisten modernen Maschinen ist es daher erforderlich ein Luft/

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BrennstoffVerhältnis auszuwählen, welches allen Regelungen und Vorf Schriften hinsichtlich der Erzeugung von Abgasen gerecht wird, dabei jedoch gleichzeitig unter solchen Umständen optimale Fahreigenschaften gewährleistet.

Bei den meisten Brennkraftmaschinen ist ein Gaspedal vorgesehen welches selektiv vom Fahrer eingestellt werden kann, um eine gegeibene Luftströmung vorzugeben indem dabei ein Drosselventil selektiv eingestellt wird und dann Brennstoff abgemessen an die Maschi-■ne mit Hilfe irgendeines von verschiedenen Verfahren abgegeben wird jwie beispielsweise mit Hilfe von Vergasern oder Brennstoffein-

ispritzvorrichtungen oder ähnlichen Einrichtungen. Die meisten bej'kannten Systeme, die für die Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Luft/Brennstoffverhältnisses ausgelegt wurden, wie sie beispielsweise in der U.S. Patentschrift 3 750 632 beschrieben sind, die eine "Elektronische Steuereinheit für die Luft/Brennstoffmischung Jund für die Zündung einer Brennkraftmaschine" betrifft, wird die labgemessene oder eingespritzte Brennstoffmenge verändert, um das !gewünschte Luft/Brennstoffverhältnis beizubehalten. Derartige Syjsteme sind mit vielen inhärenten Problemen behaftet inklusive der

!Forderung bei solchen Systemen eine Beschleunigungsanreicherung

!vorzusehen, wenn die Brennkraftmaschine in die Beschleunigungsphase gelangt oder eine bestimmte Art von Brennstoffanreicherung während des anfänglichen Starts der Maschine und der Aufwärmperiode der Maschine vorzusehen.

Relativ neuere Systeme wie dasjenige, welches in der U.S. Patentschrift 3 983 848 mit dem Titel "Brennstoffeinspritzsystem" beschrieben ist, geben dem Fahrer die Möglichkeit eine gegebene Brennstoffströmung vorzugeben und dann die Luftströmung zu steuern um ein bestimmtes Luft/Brennstoffverhältnis beizubehalten, wobei jedoch die meisten derartigen Systeme ein sehr kostspieliges und komplexes System für die Feststellung der tatsächlichen Luftströmung im Ansaugrohr der Maschine erfordern und dabei auch keine Fori|i einer Gegenkopplung zur Anwendung gelangt, um die Luftströmung zu korrigieren, so daß eine genauere Steuerung oder Regelung über das gewünschte oder optimale Luft/Brennstoffverhältnis erzielt wird.

Bei noch weiteren Systemen, wie sie beispielsweise in der U.S. Patentschrift 3 738 341 mit dem Titel "Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses in einer Brennkraftmaschine" be-

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schrieben sind, sind in der Lage das Luft/Brennstoffverhältnis noc genauer zu regeln indem die eingespritzte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von einem Rückkopplungssignal geregelt wird, welches den Wert des im Abgassystem auftretenden Kohlenmonoxyds angibt. Während es sich hierbei um ein relativ unvollständiges oder grobes Abgasregelsystem handelt, besitzt es auch nicht das Ausmaß an Empfindlichkeit, welches erforderlich ist, um eine optimale Fahreigenschaft beizubehalten, und bei diesem System muß auch noch eine bestimmte Art einer Beschleunigungsanreicherung realisiert werden.

Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung braucht jedoch kein getrenntes Beschleunigungsanreicherungssystem zur Anwendung gelangen, da hier eine inhärente oder automatische Beschleunigungsanreicherung erzeugt wird und die Brennstoffströmung, die vorn Fah-i rer vorgegeben wurde zuerst eingeführt wird und dann erst die Luftströmung erhöht wird.

Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung werden die zuvor angesprochenen Probleme und Nachteile des Standes der Technik beseitigt und es wird ein Regelsystem für die selektive Veränderung der Luftströmung in Abhängigkeit von der vom Fahrer vorgegebenen Brennstoffströmung geschaffen. Die Grundsteuerung wird durch verschiedene Maschinenbetriebsparameter vorgenommen, die auch die Brennstoffströmung umfassen und es ist ein System entsprechend einer geschlossenen Regelschleife vorgesehen, um einen Parameter ab-j

i zutasten, der die tatsächliche Luft/Brennstoffmischung anzeigt, die in der Maschine herrscht, um dadurch die Steuerung oder Regelung derart einzustellen oder zu korrigieren, daß das gewünschte oder optimale Luft/Brennstoffverhältnis beibehalten wird.

Das Regelsystem nach der vorliegenden Erfindung regelt die Luft!/ Brennstoffmischung in einer Brennkraftmaschine derart, daß das gewünschte oder optimale Luft/Brennstoffverhältnis bei den meisten Betriebsbedingungen der Maschine beibehalten wird. Eine Beschleunigungseinrichtung spricht auf die Befehle des Fahrers an, um an die Maschine eine vorbestimmte Brennstoffmenge abzugeben und weiter sind die Mittel vorgesehen, um die Luftströmung in die Maschine zu regeln. Weiter ist eine Einrichtung vorgesehen, die auf die Beschleunigungs- bzw. Gasbetätigungseinrichtung anspricht, um ein erstes Signal zu erzeugen, welches die zugeführte Brennstoffmenge

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angibt. Schließlich ist eine auf die Luftströmungs-Eegeleinrichtun,; ansprechende Einrichtung vorgesehen und erzeugt ein zweites Signal, welches die tatsächliche momentane Luftströmung in die Maschine angibt. Eine Computereinrichtung spricht auf wenigstens das erste und das zweite Signal an und erzeugt ein Grundsteuersignal, um die Luf:- Strömungs-Regeleinrichtung einzustellen. Ferner sind Mittel vorgesehen, die auf die tatsächliche in der Maschine herrschende Luft/ !Brennstoffmischung ansprechen und erzeugen ein Rückkopplungssignal !und es ist ein auf das Rückkopplungssignal ansprechendes System vo:⁷-igesehen, um das Grundsteuer- oder Regelsignal su korrigieren, so |daß die Luftströmungs-Regeleinrichtung auf dieses Signal ansprechen !kann, um selektiv die in die Maschine erfolgende Luftströmung zu !erhöhen und zu vermindern und ein gewünschtes oder optimales Luft/ !Brennstoffverhältnis beizubehalten.

Das System nach der vorliegenden Erfindung enthält eine inhärente oder automatische Beschleunigungsanreicherung, xtfenn jedoch über !die Beschleunigungseinrichtung bzw. Gasbetätigungseinrichtung eine !zu plötzliche Zunahme in der Brennstoffströmung vorgegeben wird, ikann ein unerwünschter Zustand entsprechend einer zu hohen Brenn-•stoffanreicherung auftreten. Bei der bevorzugten Ausführungsform !sind Mittel vorgesehen, um eine bevorstehende Bedingung oder Zu-Istand einer zu großen Brennstoffanreicherung vorauszuerkennen und um ein Übergangskorrektursignal zu erzeugen, durch welches zeitwei ilig die Luftströmung in die Maschine erhöht wird und zwar sogar !bevor die auf die Luft/Brennstoffmischung ansprechende Einrichtung lein Rückkopplungssignal erzeugen kann, welches die tatsächliche Existenz des erwähnten Zustands oder Bedingung angibt, so daß also im Endeffekt der erwähnte unerwünschte Zustand oder Bedingung minimal gehalten wird.

! Erfindungsgemäß umfaßt die auf die tatsächliche Luft/Brennstoff ■mischung ansprechende Einrichtung zum Erzeugen des Rückkopplungsjsignals einen Gasfühler (bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel

in Sauerstoffühler), es sind jedoch auch ein Rauhigkeitsfühler oder irgendeine ähnliche Einrichtung zum Messen der tatsächlichen Luft/Brennstoffmischung möglich und fallen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform ist auch ein Reglersystem für die Brennstoffströmung.vorhanden, gemäß welchem über

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die Beschleunigungseinrichtung oder Gasbetätigungseinrichtung eine gegebene Brennstoffströmung vorgegeben wird und damit eine gegebene Maschinendrehzahl vorgegeben wird und wobei die gewünschte Maschinendrehzahl mit Hilfe eines anderen Regelsystems mit geschlo sener Regelschleife beibehalten wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Aufrechterhalten eines gewünschten Luft/Brennstoffverhäitnisses bei einer Brennkraftmaschine und gemäß diesem Verfahren wird eine Brennstoffmenge bei dem Entstehen eines Befehls eines Fahrers zugeführt, es wird dann ein die tatsächliche Luftströmung in die Maschine widergebender erster Parameter gemessen, die Luftströmung in die Maschine als Funktion für an die Maschine entsprechend dem gegebenen Befehl abgegebenen Brennstoffmenge und des die tatsächliche Luftströmung in die Maschine angebenden gemessenen Parameters geregelt, ein die tatsächliche in der Maschine existierende Luft/Brennstoffmischung angeben wird Maschinenbetriebsparameter gemessen und die geregelte! Luftströmung in Abhängigkeit von dem gemessenen Betriebsparameter der Maschine im Sinne einer geschlossenen Regelschleife selektiv erhöht oder vermindert, um dadurch ein gewünschtes oder optimales Luft/Brennstoffverhältnis unter nahezu allen Betriebsbedingungen der Maschine beizubehalten. Auch wird hier ein bevorstehender unerwünschter Zustand von zuviel Brennstoff bzw. einer zu großen Brennstoffanreicherung vorwegermittelt und es wird die Luftströmung erhöht, um diese übermäßige Brennstoffanreicherung auf ein !Minimum zu reduzieren.

Da bei dem System nach der vorliegenden Erfindung eine inhärente Beschleunigungsanreicherung erfolgt, ist es auch inhärent sehr viel einfacher bzw. unklompizierter als die meisten heute existierenden derartigen Systeme. Bei dem System nach der Erfindung werden somit Probleme umgangen, die bei der Erzeugung der Beschleunigungsanreicherung entstehen und auch Probleme umgangen, die inhärent bei der Aufrechterhaltung eines gewünschten Luft/Brennstoffverhältnisses während der Perioden der Beschleunigungsanreicherung auftreten.

Im Gegensatz zu denjenigen wenigen Systemen nach dem Stand der Technik, bei welchen eine befehligte Brennstoffströmung eine elektrisch gesteuerte Luftströmung zur Folge hat, um ein gewünschtes Luft/Brennstoffverhältnis beizubehalten, ist das System nach der

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vorliegenden Erfindung nicht annähernd gegenüber unerwünschten Zuständen oder Bedingungen einer übermäßigen Anreicherung anfällig, die immer dann auftreten, wenn die befehligte Brennstoffströmung zu schnell zunimmt, da Maßnahmen getroffen sind, einen solchen unerwünschten Zustand vorwegzuerkennen und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um diesen Zustand minimal zu halten.

Mit Hilfe des Systems nach der Erfindung läßt sich eine sehr viel genauere und präzisere Regelung realisieren und eine vorbestimmte optimale oder gewünschte Luft/Brennstoffmischung aufrechtjerhalten, da das Rückkopplungssignal, welches gemäß einer bevorjzugten Ausführungsform nach der Erfindung von einem Sauerstoff- !fühler im Abgassystem der Maschine gewonnen wird, dazu dient ein

Grund- oder festgelegtes Steuersignal einzustellen, um eine "Feinabstimmung" der Luftströmung vorzunehmen oder die Luftströmung zu korrigieren oder einzustellen, um dadurch sehr viel genauer das gewünschte Luft/Brennstoffverhältnis unter nahezu allen Betriebsbedingungen der Maschine einzustellen und aufrechtzuerhalten. j Gemäß dem Verfahren und dem Gerät nach der Erfindung bzw. gejmäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung geilangt eine Einrichtung zur Anwendung, um eine Brennkraftmaschine !in einer geschlossenen Schleife bzw. Betriebsart zu betreiben, die lauf verschiedenen abgetasteten Betriebsparametern der Maschine baisiert, um der Maschine zu ermöglichen ein vorbestimmtes optimales joder gewünschtes Luft/Brennstoffverhältnis bzw. Mischung beizubejhalten, die so ausgewählt werden kann, daß die Abgasnormen erfüllt werden, dabei jedoch gleichzeitig die bestmögliche Fahreigenschaft unter solchen Bedingungen gewährleistet wird. Das System nach der Erfindung ist nicht sehr kostspielig, einfach aufgebaut und läßt sich einfach warten und besitzt einen hohen Grad von Anpassung an ein gewünschtes oder programmiertes Luft/Brennstoffverhältnis in Verbindung mit einem sehr viel besseren weicheren Lauf der Maschine und Fahreigenschaften, was bis jetzt mit Hilfe der im Handel er hältlichen Systeme gemäß dem Stand der Technik niemals realisiert werden konnte.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild des Regelsystems entsprechend einer

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geschlossenen Schleife nach der Erfindung; Figur 2 ein schematischer Stromlaufplan der Vorauserkennungsschaltung, der Regelschaltung entsprechend einer geschlossenen Schleife und der Fehlerkorrekturschaltung der Figur 1; Figur 3 ein Blockschaltbild einer analogen Ausführungsform der elektronischen Regeleinheit des Blocks 35 der Figur 1; Figur 4 ein Blockschaltbild eines Brennstoffreglersystems entsprechend einer geschlossenen Regelschleife, welches bei dem System nach der Erfindung zur Anwendung gelangen kann; und Figur 5 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Schaltungsanordnung des Blocks 188 der Figur 4.

Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Ansaugsystem; 11, einem Abgassystem 12 und einer Ausgangswelle 13, die antriebs-j

mäßig in Drehung versetzt wird und zwar durch Verbrennung von j Brennstoff und Luft in der Maschine 10, wie dies gut bekannt ist.

Das Ansaugsystem 11 enthält ein Ansaugrohr 14, ein Lufteinlaß- i gerät 15, eine Drosselstelle oder Rohr 16, welches das Lufteinlaß-· gerät 15 mit dem Ansaugrohr 14 verbindet. Ein Drosselklappenventil! 17 wie beispielsweise ein herkömmliches Schwalbenschwanzventil j oder ähnliches Ventil ist in der Richterstelle 16 angeordnet, um j die Luftströmung zwischen dem Lufteinlaßgerät 15 und dem Ansaug- j rohr 14 zu steuern und damit zu den einzelnen herkömmlichen Zylin-i dern (nicht gezeigt) zu steuern, um dadurch das Luft/Brennstoff- ! Verhältnis oder die Mischung innerhalb des Ansaugsystems 11 zu ver-ändern oder zu steuern oder alternativ innerhalb der einzelnen Zylinder der Maschine 10, wie dies bekannt ist.

Eine herkömmliche Brennstoffpumpe oder ein Brennstoffversorgungssystem 18 schickt Brennstoff zu einer Einlaßvorrichtung 19 in einer Brennstofföffnungsanordnung 20 über eine Brennstoffleitung 21. Ein Brennstoffbemessungsstab 22 ist wenigstens teilweise innerhalb des Einlasses 19 der Brennstoffeinlaßöffnungsanordnung 20 angeordnet, um über seine jeweilige Lage innerhalb des Einlasses 19 die von der Leitung 21 über den Einlaß 19 in das Ansaugsystem 11 eingeführte Brennstoffmenge zu steuern oder abzumessen.

Ein Gaspedal 23 ist ebenfalls gezeigt, welches von dem Fahrer des betreffenden Fahrzeugs selektiv eingestellt werden kann, um in positiver Weise eine vorbestimmte Brennstoffströmung zu befehligen, wie dies im folgenden erläutert werden soll. Eine Gestänge-

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anordnung 24 ist betriebsmäßig zwischen dem Gaspedal 23 und einem Steuerende des Brennstoffbemessungsstabes 22 verbunden, um selektiv die Stellung des Brennstoffbemessungsstabes innerhalb der Brennstofföffnung 20 einzustellen oder zu verändern und die durch die Brennstoffpumpe 18 und die Leitung 21 über den Einlaß 19 in das Ansaugsystem 11 der Maschine 10 abgegebene Brennstoffmenge zu j steuern. Bei dem System nach der Erfindung befehligt somit der Fan jrer positiv die Brennstoffmenge, die an die Brennkraftmaschine 11 ]abgegeben wird, indem selektiv das Gaspedal 23 eingestellt wird j und dadurch in positiver Weise die Stellung des Brennstoffbemessungsstabes 22 über die Gestängeanordnung 24 gesteuert wird.

Eine herkömmliche Positionswandlereinrichtung 25 ist betriebsmäßig einem Abschnitt der Gestängeanordnung 24 zugeordnet oder alternativ dem Brennstoffbemessungsstab 22 zugeordnet, um die relative Lage desselben zu erfassen und erzeugt ein erstes elektri-Isches Signal auf der Leitung 26, welches die relative Lage von j entweder dem Gaspedal 23, der Gestängeanordnung 24 oder dem Brenn-Istoffbemessungsstab 22 angibt und welches daher auch proportional |zur befehligten Brennstoffmenge ist, die über den Einlaß 19 an das j Ansaugsystem 11 abgegeben werden soll.

I Eine Meßeinrichtung zum Messen des absoluten Ansaugrohrdruckes innerhalb des Ansaugrohres 14 ist durch den Block 27 wiedergegeben die auch betriebsmäßig mit dem Ansaugrohr 14 über die Leitung 28 [verbunden ist,

j In ähnlicher Weise ist ein Maschinendrehzahlfühlsystem oder j ein Wellen-Positionswandler durch den Block 31 wiedergegeben und kann betriebsmäßig der Ausgangswelle 13 zugeordnet sein, wie dies durch die strichlierte Linie 32 angezeigt ist, um die Drehzahl der !Maschine, die Stellung der Welle oder einen ähnlichen Betriebsjparameter der Maschine zu messen, wie dies bekannt ist.

Ein Temperaturwandler 33 ist betriebsmäßig der Maschine 10 zugeordnet und mißt die Maschinentemperatur oder alternativ die Temperatur des Kühlmittels der Maschine, wie es ebenfalls bekannt ist Es kann hierfür irgendein Typ eines Temperaturwandlers verwendet werden, der die Temperatur in seiner unmittelbaren Umgebung messen kann und ein Signal abgeben kann, welches proportional zu der betreffenden Temperatur ist bzw. diese anzeigt.

Das von dem MAP Block 27 abgegebene Signal besteht aus einer

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'Spannung, die proportional zum herrschenden absoluten Ansaugrohridruck ist, der innerhalb des Ansaugrohres 14 der Maschine herrscht •und dieses Signal wird über die Leitung 34 zurück zu einer herkömm •liehen elektronischen Steuereinheit (ECU) 35 übertragen, welche j die verschiedenen bestimmten Betriebsparameter der Maschine abta- -stet und ein Grund-Steuersignal in Abhängigkeit von den gemessenen Parametern abgibt, um ein gewünschtes Programm oder Schema von ^:Luft/BrennstoffVerhältnissen aufrechtzuerhalten. : Ein die Drehzahl der Maschine angebendes Signal gelangt vom Block 31 über die Leitung 36 zu einem anderen Eingang des ECU 35 ;und die Ausgangsgröße des Temperaturwandlers 33 gelangt über die 'Leitung 37 zu noch einem weiteren Eingangsanschluß des ECU 35. Der •ECU 35 kann auch noch mit einem Signal versorgt werden, welches ;proportional zum atmosphärischen Druck bzw. Umgebungsdruck ist und ;diesen anzeigt und der mit Hilfe eines herkömmlichen Druckwandlers 38 gemessen werden kann, dessen Ausgangsgröße über die Umgebungs-■druckmeßschaltung des Blocks 39 zu einem noch weiteren Eingang des ECU 35 geschickt wird, wenn dies erforderlich ist. Darüber hinaus :kann auch eine die Umgebungstemperatur betreffende Information übejr einen weiteren Temperaturwandler 41 dem ECU 35 zugeführt werden, wobei der erwähnte Wandler die Umgebungstemperatur mißt und ein !signal oder eine Spannung zuführt, die proportional zur Umgebungstemperatur ist bzw. diese angibt, wobei dieses Signal über die ■Schaltungsanordnung des Blocks 42 zu einem noch weiteren Eingangsanschluß des ECU 35 übertragen wird.

i Ein noch weiterer Eingangsanschluß des ECU 35 empfängt das erjSte Signal, welches vom Positionswandler 25 abgegeben wird und !welches die befehligte Brennstoffströmung angibt und zwar über !die Leitung 26, den Verbindungspunkt 43 und die Leitung 44. [Schließlich empfängt der ECU 35 auch noch Informationen, die das !Vorhandensein der laufenden tatsächlichen Luftströmung in die Maschine 10 betreffen und zwar erhält es diese Informationen von ieinem herkömmlichen Positionswandler 45, der betriebsmäßig der !Betätigungseinrichtung 47 zugeordnet ist, durch die ein herkömmjlicher Gleichstrom-Servomotor 48 selektiv die Stellung des Dros-'selventils 17 einstellt oder direkt mit dem Drosselventil 17 oder dem Motor 48 sich selbst einstellt, um also eine Ausgangsspannung zu liefern, die proportional zur vorhandenen Lage oder Stellung

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des Drosselventils 17 ist und damit indirekt proportional zur vorhandenen tatsächlichen Luftströmung im Ansaugrohr 14. Dieses die momentane Luftströmung angebende Signal gelangt vom Positionsfühler 45 über die Leitung 49 zurück zu einem noch weiteren Eingangsanschluß des ECU 35.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung empfängt der ECU 35 wenigstens die Eingangsinformation, welche die befehligte Brennstoffströmung betreffen, vom Wandler 25 und die die momentane Lage des Drosselventils 17 betreffende Information und damit die momentane Luftströmung und empfängt ferner irgendeinen der weiteren Maschinenbetriebsparameter MAP, U/Min, Maschinentemperatur, die Kühlmitteltemperatur und verschiedene j weitere Parameter wie beispielsweise den atmosphärischen Druck J und die Umgebungstemperatur, die erforderlich sein können, und j berechnet ein Grund-Steuersignal, welches über die Leitung 51 ab- j gegeben wird. Das Grund-Steuersignal gibt die gewünschte oder vor-i geschriebene Lage des Drosselventils an, um die Luftströmung so | einzustellen, daß eine vorbestimmte und festgelegte oder vorpro- ; grammierte Luft /Brennstoffmischung aufrechterhalten wird. Das Grunid Steuersignal gelangt zu einem Fehlerkorrektur- oder Summiernetzwerk 52, in welchem es eingestellt oder korrigiert wird, wobei darin das korrigierte Steuersignal über die Leitung 53 übertragen wird, j um die Betriebsweise eines herkömmlichen Gleichstrom-Servomotors ·

j 48 zu steuern, durch den die Stellung des Drosselventils 17 über eine Servomotor-Betätigungseinrichtung 47 eingestellt wird, wie dies bekannt ist.

Wie dargelegt wurde, befehligt der Fahrer des Fahrzeugs oder eine den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 steuernde Person eine vorbestimmte Brennstoffströmung, indem das Gaspedal 23 eingestellt wird und dadurch die Brennstoffbemessungsstange oder Stab 22 in Lage gebracht wird, derart, daß eine vorbestimmte Brennstoffmenge in das Ansaugrohr 14 hineingelangen kann. Ein die befehligte Brenn stoffmenge anzeigendes Signal gelangt über die Leitung 26, den Ver bindungspunkt 43 und die Leitung 44 zurück zum ECU 35, der auch über die Leitung 49 Informationen empfängt, welche die momentane Lage des Drosselklappenventils 17 und damit die laufende Luftströmung in das System wiedergeben. Der ECU 35 kann auch Informationen hinsichtlich weiterer Maschinenbetriebsparameter empfangen, wie

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- 18 dies zuvor erläutert wurde. Der ECU 35 spricht auf die laufenden

!Betriebsparameter der Maschine an, ebenso auf das die Brennstoffversorgung angebende Signal, welches gerade vorgegeben wird und erzeugt über die Leitung 51, die Schaltung 52 und die Leitung 53 ; ein Grund-Steuersignal, durch welches der Servomotor 48 veranlaßt iwird die Lage oder Stellung des Drosselklappenventils 17 so einzustellen und selektiv das Ventil so zu öffnen oder zu schließen, ■daß die Luftströmung erhöht oder vermindert wird und zwar nach ■Maßgabe eines vorbestimmten, festgelegten oder vorprogrammierten !gewünschten Luft/BrennstoffVerhältnisses,wie dies durch die Schaltungsanordnung oder die Programmierung des ECU 35 bestimmt wird. ; Das System nach der Erfindung arbeitet jedoch auch nach Art einer geschlossenen Regelschleife für eine Feinabstimmung oder 'Korrektur des Grund-Steuersignals, um also sicherzustellen, daß .der Servomotor 48 sehr viel genauer das Drosselklappenventil 17 :in Lage bringt und fortwährend die erforderliche Luftströmung zui geführt wird, um die gewünschte oder optimale Luft/Brennstoffmischung innerhalb der Maschine 10 aufrecht zu erhalten. Das Rückkopplungssystem mit geschlossener Schleife nach der Erfindung um-•faßt eine Fühlereinrichtung 54, die auf die tatsächliche Luft/ Brennstoffmischung in der Maschine 10 anspricht, um ein Rückkopp- :lungssignal zu erzeugen, welches zurück zur Korrekturschaltung des Blocks 52 geschickt wird, um das Grund-Steuersignal zu korrigie- ! ren oder nachzustellen und um dadurch sehr viel genauer das Dros-■ selklappenventil einzustellen und somit sehr viel genauer die !Luftströmung zu steuern bzw. zu regeln. > Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung beisteht die Fühlereinrichtung aus einem herkömmlichen Gasfühler wie er beispielsweise in der U.S. Patentschrift 4 005 689 mit dem Titel "Brennstoffeinspritzsystem für die Steuerung des Luft/Brennstoff Verhältnisses bei Ansaugrohr-Gasfühlern" beschrieben ist, wobei diese erwähnte U.S. Patentanmeldung auf die gleiche Anmelderin zurückgeht und auf diese Anmelderin auch Bezug genommen werden soll Bei der bevorzugten Ausgangsform besteht der Gasfühler aus einem Sauerstoffwandler 54, der ein analoges Signal oder eine Spannung über die Leitung 55 zurück zu einem Summiernetzwerk 56 überträgt. In dem Summiernetzwerk 56, welches aus einem herkömmlichen analogen Addierer/Subtrahierer besteht, wird der Wert des Signals auf

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der Leitung 55 von einem ersten Bezugssignal subtrahiert, welches über die Leitung 57 dem Addierer/Subtrahierer 56 zugeführt wird, wobei der Wert der Bezugsspannung so ausgewählt ist, daß die Ausgangsgröße des Addierers/Subtrahierers 56 proportional zur Abweichung der im Abgassystem 12 festgestellten Sauerstoffmenge vom stöchicmetrischen Wert ist. Dieses Differenzsignal zeigt somit die Abweichung vom stöchiometrischen Wert an und gelangt über die Leitung 58 zu einem Eingang einer Vergleichsstufe 59> deren anderer Eingang über die Leitung 51 mit einer zweiten Bezugsspannungj versorgt wird, die so eingestellt ist, daß die Ausgangsgröße der 1 Vergleichsstufe 59 ein erstes Vorzeichen immer dann besitzt, wenn j die Sauerstofffühlereinrichtung 54 feststellt, daß die Maschine 10! unterhalb des stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnisses ar- I beitet, und ein Signal mit der anderen Polarität erzeugt, wenn die Sauerstoffühlereinrichtung 54 feststellt, daß die Maschine oberhalb des stöchiometrischen Luft/BrennstoffVerhältnisses arbeitet. Die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 59 gelangt über die Leitung j

62 zu dem Eingang einer Integrierschaltung, die durch den Block 63Ϊ wiedergegeben ist. Die Ausgangsgröße der Integrierschaltung gelangt über die Leitung 64 zu einem Summiereingang der Schaltung des ι Blocks 52, so daß das Rückkopplungssignal aus der Integrierstufe

63 algebraisch zum Grund-Steuersignal auf der Leitung 51 addiert wird und somit eine Feineinstellung oder Korrektur des Grund-Steuejr signals vorgenommen wird, so daß mit größerer Genauigkeit die Be- { triebsweise des Servomotors 48 gesteuert und im Sinne einer sehr j viel genaueren Steuerung der Luftströmung das Drosselklappenventill 17 eingestellt wird, also im Endeffekt sehr viel genauer ein gewünschtes oder optimales Luft/Brennstoffverhältnis innerhalb der Maschine 10 aufrechterhalten werden kann.

Das System nach der vorliegenden Erfindung spricht somit auf eine befehligte Brennstoffströmung an, die durch die Stellung des Gaspedals oder Gashebels 23 bestimmt wird und spricht weiter auf verschiedene andere tatsächliche Betriebsparameter der Maschine an und weiter berechnet der ECU 35 ein Grund-Steuersignal für die Steuerung der Betriebsweise eines Gleichstrom-Servomotors 48, der steuerbar das Drosselklappenventil 17 für die Einstellung der Luft strömung in Lage bringt. Die tatsächliche in der Maschine 10 existierende Luft/Brennstoffmischung wird mit Hilfe des Sauerstoff-

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fühlers 54 geraessen und es wird ein Rückkopplungssignal erhalten, [um das Grund-Steuersignal im Sinne einer geschlossenen Regelschlei :fe zu korrigieren, so daß das korrigierte Steuersignal, welches .über die Leitung 53 dem Servomotor 48 zugeführt wird, eine präzi-,sere und äußerst genaue Positionierung des Drosselklappenventils ermöglicht und dem System nach der Erfindung die Möglichkeit bie-■tet bzw. dieses dazu befähigt genauer ein vorbestimmtes gewünsch-.tes oder optimales Luft/Brennstoffverhältnis bei nahezu allen Betriebsbedingungen der Maschine aufrechtzuerhalten.

Wie bereits an früherer Stelle beschrieben wurde besteht die •Fühlereinrichtung 54 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach 'der Erfindung aus einem Gasfühler zum Feststellen des Gehaltes von Sauerstoff oder des relativen Sauerstoffgehaltes im Abgassystem 12j .der Maschine 10 als Maß der tatsächlich existierenden Luft/Brenn- '■ Stoffmischung in der Maschine 10. Alternativ kann die Fühlerein-■ richtung 54 auch aus einer Fühlereinrichtung zum Fühlen der Rauhig keit der Maschine bzw. des rauhen Laufes der Maschine bestehen, da der rauhe Lauf der Maschine durch übermäßig hohe oder zu niedri ge Luft/Brennstoffverhältnisse hervorgerufen wird. In den Rahmen der Erfindung fällt somit auch das Merkmal, daß die Fühlereinrichtung 54 oder die dem RPM Block 31 zugeordnete Einrichtung alterna- ^:tiv aus einer Fühlereinrichtung zum Feststellen des unrunden oder rauhen Laufes der Maschine besteht, und daß ein Signal erzeugt I wird, welches proportional zu dem Ausmaß des unrunden Laufes der Maschine ist oder diesen angibt und zwar als Anzeigemittel für das ^!tatsächlich existierende Luft/Brennstoffverhältnis oder Mischung :in der Maschine 10.

¹ Wie bereits erwähnt wurde sind die meisten bekannten Systeme, bei welchen die Luftströmung durch einen Befehl des Fahrers ge-.steuert wird und die Brennstoffströmung für das Aufrechterhalten 'eines gewünschten Luft/Brennstoffverhältnisses gesteuert bzw. ein- !gestellt wird, mit dem Problem behaftet, daß eine zusätzliche .Schaltungsanordnung erforderlich ist, um eine Beschleunigungsan-'reicherung zu realisieren. Dieses Problem existiert jedoch bei dem j System nach der vorliegenden Erfindung nicht, da hier der Vorteil einer automatischen oder inhärenten Beschleunigungsanreicherung existiert und also der Brennstoff das Ansaugsystem 11 zuerst betritt und erst dann die Luftströmung in Abhängigkeit davon einge-

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stellt wird.

Es kann jedoch ein Problem dann entstehen, wenn die Beschleunigungsvorrichtung bzw. Gaspedal 23 plötzlich niedergetreten wird oder eine plötzliche Zunahme der Brennstoffmenge befehligt wird, die dem Ansaugsystem 11 zuzuführen ist. Für diesen Fall wird eine zu große Brennstoffmenge dem Ansaugsystem 11 zugeführt bevor die

Sauerstofffühlereinrichtung 54 befähigt ist ein Korrektursignal j an den Servomotor 48 zurückzuschicken, um dadurch zusätzlich Luft \ zuzuführen, mit dem Ergebnis, daß ein unerwünschter Zustand entsprechend einer zu großen Brennstoffanreicherung in der Maschine 10 eintritt.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Differenziernetzwerk 65 geschaffen, um dieses Problem zu beseitigen oder zumindest minimal zu halten. Im Betrieb ist der Eingang der Differenzierschaltung des Blocks 65 über die Leitung 66 mit dem Verbindungspunkt 43| verbunden, um das erste Signal zu empfangen oder zu überwachen, welches die befehligte Brennstoffströmung angibt. Die Ausgangsgröße der Differenzierstufe gelangt über die Leitung 67zu einem, weiteren Summiereingang der Schaltung des Blocks 52, um dadurch das Grund-Steuersignal zu korrigieren, welches über die Leitung

51 zugeführt wird, wie dies an späterer Stelle noch mehr im einzelnen erläutert werden soll.

Zusammenfassend ergibt sich somit, daß die Differenzierstufe des Blocks 65 die Änderungsgeschwindigkeit des Signals überwacht, welches die befehligte Brennstoffströmung angibt und auf eine plötz liehe Zunahme in der befehligten Brennstoffströmung anspricht, um ein Korrektursignal entsprechend einer Übergangs-Spannungsspitze abzugeben, welches zum Grund-Steuersignal in dem Summiernetzwerk

52 addiert wird und welches über die Leitung 53 übertragen wird, um die Betriebsweise des Servomotors 48 einzustellen und das Drosselklappenventil 17 zu öffnen, so daß dadurch momentan und unmittelbar die Luftströmung in die Maschine 10 erhöht wird und zwar sogar bevor der Sauerstoffühler 54 in der Lage ist die tatsächliche Existenz einer übermäßigen Anreicherung zu erfassen oder festzustellen, so daß also das Ausmaß und die Dauer dieses unerwünschten Zustandes einer übermäßigen Anreicherung beseitigt oder wenigstens minimal gehalten wird. Da die Spannungsspitze ein Übergangssignal bildet, verschwindet diese Spitze sehr schnell und

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übergibt die Steuerung des servobetätigten Drosselklappenventils wieder an das Grund-Steuersignal und das Rückkopplungssignal, so daß die Korrektur für irgendeine tatsächlich auftretende übermäßige Anreicherung in der normalen Weise durchgeführt werden kann. Die Differenzierstufe gibt dem System jedoch die Möglichkeit einen bevorstehenden unerwünschten Zustand einer übermäßig großen Brennstoffanreicherung vorauszusagen oder vorwegzuermitteln und erzeugt ein Korrektursignal, um die daraus resultierenden Wirkungen minimal zu halten.

Figur 2 zeigt einen schematischen Stromlaufplan einer Rückkopplungsschleife mit einer Gasfühlereinrichtung 54, einem Addierer/Subtrahierer 56, einer Vergleichsstufe 59, einer Integrierstufe 63, der Differenzierstufe des Blocks 65 und das Summiernetzwerk des Blocks 52 der Figur 1. Das Summiernetzwerk 52 enthält einen Operationsverstärker 71, dessen nichtinvertierender Eingangsanschluß direkt über die Leitung 72 mit Masse oder Erde verbunden ist und dessen invertierender Eingangsanschluß über die Leitung 73 mit einem gemeinsamen Summierverbindungspunkt 74 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 71 ist über die Leitung 75 mit einem Ausgangsverbindungspunkt 76 und der Ausgangsverbindungspunkt 76 ist über die Leitung 53 mit dem Eingang des Servomotors des Blocks 48 verbunden, um den Betrieb desselben zu steuern. Ein Rückkopplungswiderstand 77 ist mit einem Ende an den Summierverbindungspunkt 74 und mit dem gegenüberliegenden Ende mit dem Ausgangsverbindungspunkt 76 verbunden, so daß dadurch eine herkömmliche analoge Addier- oder Summierschaltung gebildet wird, wobei jedes der Signale, die dem Summierverbindungspunkt 74 zugeführt werden, algebraisch zum anderen Signal addiert wird und dann verstärkt wird oder hinsichtlich des Maßstabs verändert wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches proportional dazu ist und welches über die Leitung 53 dem Servomotor 48 zugeführt wird.

Das Grund-Steuersignal aus dem ECU 35 gelangt über die Leitung 51 zum gemeinsamen Summierverbindungspunkt 74 und stellt somit die Grundeingangsgröße oder die primäre Eingangsgröße des Operationsverstärkers 71 dar. Das Grund-Steuersignal wird dazu verwendet die Betriebsweise des Gleichstrom-Servomotors 48 zu steuern, um selektiv die Lage des Drosselklappenventils 17 zu verändern, wie dies bekannt ist. Wie bereits an früherer Stelle beschrieben

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wurde kann das Grund-Steuersignal auf der Leitung 51 mit Hilfe des Rückkopplungssignals oder des Korrektursignals entsprechend der Übergangsspannungsspitze korrigiert oder eingestellt werden, um dadurch ein fein abgestimmtes oder korrigiertes Steuersignal am Ausgang zu erhalten, welches zum Steuereingang des Gleichstrom-Servomotors 48 über die Leitung 53 geschickt wird, wie dies bereits erläutert wurde.

Die Rückkopplungsschleife nach der Erfindung enthält einen Gasfühler 54 oder alternativ den Rauhigkeitsfühler des Blocks 54'. Die Ausgangsgröße des Sauerstoffühlers 54 oder des Rauhigkeits- J fühlers 54' besteht aus einem Signal, welches allgemein die tat- ! sächlich herrschende Luft/Brennstoffmischung widergibt, die in j der Brennkraftmaschine 10 vorhanden ist und dieses Signal gelangt j

über einen Widerstand 78 zum nichtinvertierenden Eingangsanschluß j eines Operationsverstärkers 79· Der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 79 ist über die Leitung 81 mit einem Verbindungspunkt 82 verbunden. Der Verbindungspunkt 82 stellt einen Abgriff eines Spannungsteilernetzwerks dar und ist über einen ersten Spannungsteilerwiderstand 83 mit Masse oder Erde und über einen Widerstand 84 mit dem Ausgangsverbindungspunkt 85 verbunden Die Ausgangsgröße des Operationsverstärkers 79 wird vom Ausgangsverbindungspunkt 85 abgegriffen und der Aufbau des Operationsver- j stärkers 79 in Verbindung mit den Widerständen 78,83 und 84 bildet! eine Pufferstufe oder einen bistabilen Multivibrator (scaling circuit) zur Einstellung des Pegels des Ausgangssignals, wie dies \ bei dem System nach der Erfindung für die Signalwerte erforder- j lieh ist.

Der Ausgangsverbindungspunkt 85 ist über einen Widerstand 86 mit einem Summierverbindungspunkt 87 verbunden. Der Summierverbindungspunkt 87 ist über eine Leitung 88 mit dem invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 89 verbunden. Der Summierverbindungspunkt 87 ist auch mit einer positiven Potentialquelle über einen Widerstand 91 und über einen Widerstand 93 mit dem Ausgang 92 des Verstärkers 89 verbunden. Der nichtinvertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 89 ist über die Leitung 94 direkt mit Masse oder Erde verbunden. Der Verstärker 89 zusammen mit den Widerständen 86,91 und 93 bildet eine Anordnung entsprechend einem herkömmlichen analogen Addierer/Subtrahierer

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I - 24 -

•oder einer Summierschaltung, wobei ein die stöchiometrische Luft/

^Brennstoffmischung angebendes Bezugssignal algebraisch mit dem maß .stäblich veränderten Signal summiert wird, welches die tatsächlich herrschende Luft/Brennstoffmischung in der Maschine 10 angibt so daß das am Ausgangsverbindungspunkt 92 erscheinende Signal die Abweichung der tatsächlichen Luft/Brennstoffmischung vom stöchiometrischen Wert angibt.

Der Ausgangsverbindungspunkt 92 ist über die Leitung 95 mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers ■96 verbunden, dessen invertierender Eingangsanschluß über die Leitung 97 mit dem Spannungsteilerverbindungspunkt 98 verbunden ist. Der Verbindungspunkt 98 ist über einen Widerstand 99 mit Masse ode Erde und über einen Spannungsteilerwiderstand 101 mit einem zweiten Verbindungspunkt 102 verbunden. Der Verbindungspunkt 102 ist über die Leitung 103 direkt mit einer positiven Potentialquelle und über einen weiteren Spannungsteilerwiderstand 104 mit dem Spannungsteilerverbindungspunkt 105 verbunden. Der Verbindungspunkt 105 ist über einen Widerstand 106 mit Masse oder Erde und über eine Leitung 108 mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 107 verbunden. Der Ausgang des Operation Verstärkers 96 ist über einen Widerstand 108 mit einem Verbindungs punkt 109 verbunden, der über einen Widerstand 111 mit Masse oder Erde verbunden ist. Der Operationsverstärker 96 in Verbindung mit den Widerständen 99 und 101 bilden eine analoge Vergleichsstufe. Die Bezugsspannung wird dem invertierenden Eingangsanschluß über die Leitung 97 vom Spannungsteiler mit den Widerständen 99,101 und vom Verbindungspunkt 98 zugeführt. Die Bezugsspannung wird so auf-'gebaut, daß eine Ausgangsgröße mit einer ersten Polarität am Ausgang des Operationsverstärkers 96 erscheint, wenn das Eingangssignal auf der Leitung 95 eine Luft/Brennstoffmischung anzeigt, die 'unter dem stöchiometrischen Wert liegt und die Ausgangsgröße die entgegengesetzte Polarität hat, wenn das Signal auf der Leitung ;eine Luft/Brennstoffmischung angibt, die über dem stöchiometrischeji [Wert liegt,
j Der Verbindungspunkt 109 ist auch über einen Widerstand 113

|mit einem Eingangsspannungsverbindungspunkt 102 und über die Lei-

jtung 114 mit dem Eingangsverbindungspunkt 115 verbunden. Der Verbindungspunkt 115 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß des

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- do -

Operationsverstärkers 107 über die Leitung 116 und mit einer Integrierkapazität 117 verbunden, die zwischen den Eingangsverbindungspunkt 115 und den Ausgangsverbindungspunkt 118 des Operations Verstärkers 107 geschaltet ist, so daß ein analoger Norm-Integrator gebildet wird. Der Integrator 63 umfaßt den Operationsverstärker 107, die Integrie^kapazität 117 und die verschiedenen zugeordneten Widerstände und integriert das Ausgangssignal der Vergleichsstufe und überträgt über die Leitung 119, den Widerstand 120 und die Leitung 64 ein Rückkopplungssignal zurück zum gemeinsamen Summierverbindungspunkt 74, so daß also durch die Ausgangsgröße des Integrators 63 der Wert des Grund-Steuersignals eingestellt oder korrigiert wird und eine Feinabstimmung oder Feineinstellung des Signals erfolgt, welches den Betrieb des Servomotors 48 bestimmt, wie dies erläutert wurde.

Das System zum Vorweggreifen eines bevorstehenden unerwünschten Zustandes einer übermäßigen Brennstoffanreicherung soll nun im fol genden erläutert werden. Der Positionsfühler 25 der Figur 1 ist als Spannungsteileranordnung dargestellt, wobei ein erster Spannungsteilerwiderstand 121 an seinem einen Ende mit einer positiven Potentialquelle verbunden ist und mit seinem gegenüberliegenden Ende mit einem Spannungsteilerverbindungspunkt 122 verbunden ist. Der Verbindungspunkt 122 ist über einen veränderbaren Widerstand 123 mit Masse oder Erde verbunden, dessen Widerstandswert entsprechend einem herkömmlichen Potentiometer geändert vierden kann und zwar entsprechend der Veränderung der Stellung des Gaspedals 23, des Gestänges 24 und/oder des Brennstoffabmeßstabes 22 aufgrund des Befehles durch den Fahrer.

Das am Verbindungspunkt 122 vorhandene Spannungssignal gibt die befehligte Brennstoffströmung wider und gelangt über die Leitung 124 zu dem einen Anschluß einer Differenzierkapazität 125, deren gegenüberliegende Anschluß über die Leitung 126 mit dem Eingangsverbindungspunkt 127 verbunden ist. Der Eingangsverbindungspunkt 127 ist über die Leitung 128 mit dem invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 129 verbunden, dessen nichtinvertierender Eingangsanschluß direkt über die Leitung 131 mit Masse oder Erde verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 129 ist über die Leitung 132 mit einem Ausgangsverbindungspunkt 133 verbunden und das eine Ende eines Rückkopplungswider-

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■Standes 134 ist mit dem Eingangsverbindungspunkt 127 und mit seigern gegenüberliegenden Ende mit dem Ausgangsverbindungspunkt 133 ■verbunden, so daß die Kombination oder Anordnung aus dem Operationsverstärker 129, der Kapazität 125 und dem Widerstand 134 eine 'herkömmliche analoge Differenzierschaltung darstellt, durch die ,das Signal differenziert wird, welches die befehligte Brennstoffströmung angibt, um die Inderungsgeschwindigkeit derselben zu überjwachen. Der Ausgangsverbindungspunkt 133 ist über einen Widerstand 135 mit der 'Leitung 67 verbunden, die das zweite Korrektursignal oder differenziertes Signal zum gemeinsamen Summierverbindungspunkt 74 überträgt.

Im Betrieb erfolgt die Vorwegnahme oder Vorausermittlung eines bevorstehenden unerwünschten Zustandes entsprechend einer über-• mäßigen Brennstoffanreicherung in der folgenden Weise: Immer dann wenn der Fahrer eine plötzliche Zunahme der Brennstoffmenge vorgibt, die das Ansaugsystem 11 der Maschine 10 abgegeben werden soll, was beispielsweise durch plötzliches Miedertreten des Gaspedals 23 erfolgt, nimmt die Signalspannung, welche vom Positionsfühler 25 abgegeben wird, plötzlich zu. Die Differenzierschaltung 65 differenziert dieses Signal und überwacht die Änderungsgeschwinr digkeit oder die plötzliche Erhöhung in diesem Signal und gibt dann eine Spannungsspitze ab oder ein Übergangssignal ab, welches sehr schnell ansteigt und dann abfällt. Diese Übergangsspannungsspitze gelangt zum Summierverbindungspunkt 74 und verändert unmittelbar das Grund-Steuersignal, welches über die Leitung 53 zum ^;Gleichstrom-Servomotor des Blocks 48 übertragen werden soll, um dadurch momentan und unmittelbar die Stellung des Drosselklappen- :ventils 17 so einzustellen, daß zeitweilig die Luftströmung in dem Ansaugsystem 11 erhöht wird. Sobald die Spannungsspitze verschwindet, wird die Steuerung des Servomotors wieder an das Grund-Steuer !signal auf der Leitung 51 zurückgegeben und ebenso an das von der Leitung 64 stammende Rückkopplungssignal, so daß selbst dann, wenn _:der bevorstehende unerwünschte Zustand nicht vollständig vermieden j wird, die Gasfühler-Rückkopplungseinrichtung die Möglichkeit j schafft eine angemessene Korrektur durchzuführen, so daß das Syjstem schnell wiederhergestellt und sehr genau das gewünschte Luft/ lBrennstoffverhältnis aufrechterhalten werden kann.

Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild einer relativ einfachen Aus-

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führungsform der Grund-Steuerfunktion des ECU 35 der Figur 1, wie diese bei dem System nach der Erfindung zur Anwendung gelangt. Das Luftströmungs-Steuersignal "A" kann aus der folgenden Gleichung er-jhalten werden:

W_fK_f 1+a(T-T_Q)

^{2C C}d ^Pm

worin W- die Brennstoffströmung angibt; K_f eine Konstante darstellt, die nahezu gleich ist dem gewünschten Luft/Brennstoffverhältnis; j T die tatsächliche Maschinentemperatur bedeutet, T_n eine Konstante!

ί Bezugstemperatur wie beispielsweise einen "Kaltstart" Schwellen- _; wert angibt; T. die Temperatur der Umgebungsluft; C eine Gasströ- j mungskonstante; C, den Entladungskoeffizienten für ein bestimmtes \ Drosselklappenventil; P den absoluten Ansaugrohrdruck der Maschi-i

m j

ne; P den umgebenden Atmosphärendruck; und A die Fläche der Dros-i selklappenöffnung, die ein Maß der Luftströmung in die Maschinen ; darstellt, angeben. Eine geeignete Maßstabsanpassung kann vorge- ! nommen werden, um den Steuerparameter "A" in geeigneter Weise ab- .

uändern, so daß dieser für eine direkte Steuerung der Betriebs- i

j weise des Gleichstrom-Servomotors 48 für die Positionierung des j Drosselklappenventils verwendet werden kann, um die Gleichung für j ine vorbestimmte gewünschte oder optimale Luft/Brennstoffmischung ι innerhalb der Maschine zu befriedigen. j

Bei dem Blockschaltbild nach Figur 3 kann das Signal W^, welches die Brennstoffströmung angibt, als Maß der Brennstoffströmung verwendet werden, die durch das Gaspedal 23 vorgegeben und über den Fühler 25 gemessen wird. Dieses Signal gelangt über den Eingang 14jl zu einem Block 142, der die Konstante K_f/2CC, bildet und das Signal entsprechend dem resultierenden Wert VJ_f,K_f,/2CC_d, der selbst

ine Konstante ist, wobei diese Konstante über die Leitung 143 zu einem Eingang eines analogen Vervielfachers des Blocks 144 gelangen. Das der Temperatur der Umgebungsluft entsprechende Signal, welches von dem Fühler 41 gemessen wird, gelangt über die Leitung 145 zu der analog ausgeführten, die Quadratwurzel· bildenden Schaltung des Blocks 146, so daß das Signal, welches der Quadratwurzel der Umgebungstemperatur entspricht, über die Leitung 147 zum anderen Eingangsanschluß des analogen Vervielfachers 144 gelangt. Dai

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dem Produkt

¥f ^TA
2CC_d

entsprechende Signal gelangt über die Leitung 148 zum ersten Eingangsanschluß des analogen Vervielfachers des Blocks 149·

Das der Maschinentemperatur entsprechende Signal, welches von dem Temperaturfühler 33 gemessen wird, gelangt über die Leitung 151 zum Plus-Eingangsanschluß einer analogen Summierschaltung und das der Temperaturkonstanten T_n entsprechende Signal gelangt über die Leitung 153 zum Subtrahieranschluß der Schaltung, so daß das der Differenz T-T_n entsprechende Signal am Ausgang der Summier 'schaltung 152 erscheint und über die Leitung 154 zum ersten Eingangsanschluß eines analogen Vervielfachers des Blocks 155 gelangt Der andere Eingangsanschluß des analogen Vervielfachers entsprechend dem Block 155 wird mit einem Signal versehen, welches einer Konstanten "a" entspricht und zwar über eine Leitung 156 und das dem Produkt a (T-T_n) entsprechende Signal erscheint über die Lei-•tung 158 an dem einen Eingangsanschluß einer analogen Summierschal tung 157· Ein weiterer Eingangsanschluß der Summierschaltung 157 wird mit einer Spannung über eine Leitung 159 versorgt, welche der Ziffer "1" entspricht und die Ausgangsgröße 1+a(T-T„) gelangt über die Leitung 161 zum zweiten Eingangsanschluß des analogen Vervielfachers 149, so daß das dem Produkt

W_fW_f 1+a(T-T₀)T_n 2CC_d

entsprechende Signal über die Leitung 163 zum Dividenden Eingang 'einer herkömmlichen analogen Teilerschaltung 164 gelangt. ; Der absolute Ansaugrohrdruck P wird mit Hilfe der Einrichtung ;des Blocks 27 der Figur 1 festgestellt und das entsprechende Sig-,nal P wird über die Leitung 165 der analog ausgeführten quadrat- ;wurzelbildenden Schaltungsanordnung des Blocks 166 zugeführt, so jdaß das der Quadratwurzel des Signals P entsprechende Signal über jdie Leitung 167 zu dem einen Eingangsanschluß des analogen Verviel jfachers des Blocks 168 zugeführt wird. Gleichzeitig wird das Sigjnal P über die Leitung 169 dem Subtrahiereingangsanschluß einer analogen Summierschaltung 171 zugeführt, die das positive Signal

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P von dem Umgebungsdruckfühler 38 der Figur 1 über die Leitung

172 empfängt. Damit stellt die Ausgangsgröße der Summierschaltung 171 die Differenz P - P_m dar und diese Größe gelangt über die

3. ΠΙ

Leitung 173 zum Eingang der quadratwurzelbildenden Schaltung 170.. Die Ausgangsgröße des Blocks 170 wird über die Leitung 180 dem zweiten Eingangsanschluß des analogen Vervielfachers des Blocks 168 zugeführt. Der analoge Vervielfacher 168 multipliziert die an seinen Eingangsanschlüssen anstehenden Signale und erzeugt ein Sigjnal, welches dem Produkt P (P -P ) an seinem Ausgang entspricht,.

πι 3. m

wobei dieses Signal dann über die Leitung 174 dem Divisor-Eingang des analogen Teilers gemäß dem Block 164 zugeführt wird, so daß das Signal A von der Divisorschaltungsanordnung des Blocks 164 über die Leitung 175 abgegeben wird und verwendet werden kann oder maßstäblich verändert werden kann und zum Antreiben des Gleichstrom-Servomotors 48 verwendet werden kann, um also sehr genau das Drosselklappenventil 17 in Abhängigkeit von den gegebenen Parametern in Lage zu bringen und um eine festgelegte oder vorprogrammierte Luft/Brennstoffmischung in der Maschine entsprechend einem Plan aufrechtzuerhalten, der durch die verschiedenen Konstanten bestimmt wird, die für die Erstellung des analogen Netzwerks der Figur 3 verwendet werden.

Jeder der in Figur 3 verwendeten Blocks besteht aus einer herkömmlichen analogen Schaltung und kann "vom Ladentisch weg" gekauft werden und zwar von irgendeiner Quelle wie beispielsweise einem Burr-Brown Katalog. Eine genormte maßstabsverändernde Schaltung mit Operationsverstärkern und Widerständen kann verwendet werden, um die Funktion zu realisieren, die am Ausgang des Blocks 142 vorhanden ist; weiter können herkömmliche analoge Summierschaltungen mit Operationsverstärkern dazu verwendet werden die Addierer/Subtrahierer-Schaltungen 152,157 und 171 zu konstruieren; es können weiter herkömmliche analoge die quadratwurzelbildende Schaltungen verwendet werden um die Funktionen der Blocks 146,166 und 170 zu realisieren, herkömmliche analoge Multiplizierer zur Realisierung der Blocks 144,149 und 168 und schließlich ein herkömmlicher analoger Teiler zur Realisierung der Funktion des Blocks 164. Alternativ kann auch ein herkömmlicher mehrfach Funktionswandler verwendet werden, um alle erforderlichen analogen Schaltungsfunktionen zu realisieren wie beispielsweise die Burr-Brown 4301 und 4302

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^:VV

¹ Schaltungen, Xvelche die Übertragungsfunktion E₀ = V ι υ y

j füllen, um also dadurch alle Schaltungen nachzubilden, die für die !Herstellung des Systems der Figur 3 erforderlich sind. Alternativ ■können die für die Herstellung des Systems der Figur 3 erforder-' liehen Schaltungen in irgendeinem genormten Textbuch für Operationsverstärker wie beispielsweise dem Buch von Lucas M. Faulken-.berry "An Introduction to Operational Amplifier", veröffentlicht durch John Wiley & Sons, New York, 1977 oder dem Buch von John I. Smith "Modem Operational Circuit Designs", veröffentlicht durch Wiley-Interscience, New York, New York 1971.

Figur 4 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Einrichtung zur Vorgabe oder zum Befehligen der Brennstoffströmung und stellt ein Reglersystem dar, bei welchem die Stellung des Gaspedals 23 in positiver Weise die Lage eines Gestängesystems 24 steuert, um direkt das in Lage bringen einer Brennstoffbemessungsstange 22 innerhalb des Einlasses 19 einer Brennstoffeinlaßöffnungi 20 zu steuern, wie dies an früherer Stelle beschrieben wurde, um die Brennstoffströmung aus der Leitung 21 durch den Einlaß 19 in ,das Ansaugsystem 11 der Maschine 10 zu steuern. Wie durch die Unterbrechung 181 in der Gestängeanordnung 24 angedeutet ist, kann das Gaspedal 23 dazu verwendet werden direkt und in positiver Weise das in Lage bringen der Brennstoffbemessungsstange oder Stabes 22 zu steuern oder wie im folgenden noch erläutert werden soll kan es dazu verwendet werden eine positive Steuerung zu ermöglichen zusätzlich zu einer indirekten Regelung entsprechend einer geschlossenen Schleife für die Brennstoffbemessungsstange 22 oder .die positive Steuerung kann aufgehoben werden und es kann das Brennstoffregelsystem entsprechend einer geschlossenen Schleife hergestellt werden und zwar ohne die positive Steuerung, i Um die Regelung entsprechend der geschlossenen Schleife herzustellen ist ein Gestängeteil 182, dessen eines Ende betriebsmäßig !mit dem Gestänge 24 gekuppelt ist, an seinem gegenüberliegenden ■ Ende betriebsmäßig mit einem stabförmigen Element oder Teil 183 ,verbunden, welches beweglich innerhalb eines hohlen mittleren jKernes einer elektromagnetischen Spulenvorrichtung 184 angeordnet •ist. Die elektromagnetische Spule 184 ist so gestaltet, daß die !vertikale Positionierung des Elementes 183 in dem hohlen mittleren (Kern den Pegel oder die Größe des Spannungssignals bestimmt, wel-

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ches auf den Ausgangsleitungen 185 vorhanden ist. Die Ausgangsspan nung ist daher proportional zu der vom Gaspedal bestimmten Brennstoff strömung, wie vorn Fahrer gewünscht wird, und sie gelangt zu den Eingängen eines herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillator 186, der ein oszillierendes Signal oder Wellenform erzeugt, welches eine vorbestimmte Frequenz besitzt, die durch die Größe der Spannung gesteuert wird, welche auf den Eingangsleitungen 185 vorhanden ist und welche somit eine Frequenz besitzt, die die vom Fahrer vorgegebene Brennstoffströmung angibt.

Die Ausgangswellenform, deren Frequenz die vorgegebene Brennstof f strömung angibt, gelangt über die Leitung 187 zu einem Eingangsanschluß einer herkömmlichen Frequenzvergleichsstufe 188, de-i ren anderer Eingang mit einer zweiten Signalwellenform über die Leitung 189 gespeist wird. Die zweite Signalwellenform besitzt eine Frequenz, durch die die Drehzahl der Maschine angezeigt wird, wobei diese Wellenform durch die herkömmliche U/Min Schaltungsanordnung des Blocks 31 der Figur 1 erzeugt werden kann, die an früherer Stelle erläutert wurde. Die Frequenzvergleichsstufe 188 gibt ein Signal ab, welches die Differenz zwischen der tatsächli-

hen Maschinendrehzahl und der vorgegebenen oder gewünschten Maschinendrehzahl angibt, da vom Standpunkt des Fahrers aus die vorgegebene Brennstoffströmung proportional zur gewünschten Maschinendrehzahl ist. Dieses Signal gelangt entweder direkt oder über Integrierschaltung über die Leitung 191 zu dem Gleichstromservomotor 192, um die Betriebsweise desselben zu steuern.

Der Servomotor 192 betätigt ein Betätigungsglied 193, welches dazu verwendet werden kann das in Lage bringen der Brennstoffbemessungsstange 22 innerhalb des Einlasses 19 zu steuern, um die an das Einlaß- oder Ansaugsystem 11 abgegebene Brennstoffmenge zu regeln und zwar entweder alleine oder in Verbindung mit der posi- j tiven Steuerung des Gestänges 24. Das System entsprechend der geschlossenen Schleife nach Figur 4 wird über die Drehzahl der Maschine geschlossen, da ein Signal, dessen Frequenz die tatsächliche Maschinenbetriebsdrehzahl angibt zur Steuerschaltungsanordnung des Blocks 188 rückgekoppelt wird, um den Gleichstromservomotor 192 zu treiben, der eine gewünschte Korrektur hinsichtlich der Positionierung der Brennstoffbemessungsstange 22 durchführt, bis die vom Fahrer vorgegebene Brennstoffströmung und damit die Maschinen-

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drehzahl erreicht ist.

V/ie durch die strichlierte Linie 194 angezeigt ist, kann die Brennstoffströmungs-Meßeinrichtung oder der Positionswandler 25 betriebsmäßig mit der Betätigungsvorrichtung 193 gekuppelt sein, um eine Positions-Meßgröße zu erhalten, welche die vorgegebene Brennstoffströmung angibt, wobei dies an die Stelle des Gestängesystems 24 oder der Brennstoffbemessungsstange 22 treten kann, die früher beschrieben wurden. In jeder anderen Hinsicht kann das System der Figur 4 dazu verwendet werden um das System der Figur 1 zu ergänzen, wenn ein Reglersystem gewünscht wird oder wenn der Wunsch besteht eine vom Fahrer vorgegebene Brennstoffströmung zu erreichen ohne die Verwendung eines direkten positiven Steuergestänges zwischen dem Gaspedal 23 und der Brennstoffbemessungsstange 22.

Figur 5 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Einrichtung zur Steuerung der Betriebsweise der servobetriebenen Betätigungsvorrichtung 193, um das Brennstoffbemessungselement der Figur 4 in Lage zu bringen und die vom Fahrer vorgegebene Brennstoffströmung oder Maschinendrehzahl aufrechtzuerhalten. In Figur 5 ist ein herkömmliches Drehzahlmeßsystem gezeigt, wie beispielsweise ein System, bei welchem Zeitsteuerimpulse über ein bewegliches Element gezählt werden wie beispielsweise eine Riemenscheibe, die an einer Ausgangswelle 13 der Maschine 10 befestigt ist, wobei diese Impulse über die Leitung 201 zu einem herkömmlichen Binärzähler 202 übertragen werden. Bei vorbestimmten Intervallen kann die in dem Zähler 202 gespeicherte digitale Zahl in paralleler Form bzw. in Form gleichzeitiger Binärentscheidungen über den Datenpfad 203 zu dem Eingang "A" einer arithmetischen logischen Einheit 204 übertragen werden. Der spannungsgesteuerte Oszillator 186 versieht einen zweiten Binärzähler 205 über die Leitung 206 mit einer Aufeinanderfolge von Impulsen und bei den vorbestimmten periodischen Intervallen kann die im Zähler 205 gespeicherte binäre Zahl über den Datenübertragungspfad 207 zum Anschluß "B" der arithmetischen logischen Einheit 204 übertragen werden.

Die arithmetische logische Einheit 204 besteht aus einer herkömmlichen erhältlichen Einheit, die eine digitale Zahl abgibt, welche die Größe der Differenz zwischen den Zahlen angibt, die an

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den Eingängen "A" und "B" vorhanden sind, wobei diese Differenz über den Datenübertragungspfad 208 zu einem Digital/Analogwandler 209 gelangt. Die Ausgangsgröße des D/A Wandlers 209 gelangt über die Leitung 211 zu einem Verbindungspunkt 212 und von diesem direkt zu einem ersten Eingangsanschluß eines ersten logischen UND Gliedes 213 und über die Leitung 214 zu dem ersten Eingangsanschluß eines zweiten logischen UND Gliedes 215. Die Impulsbreite oder Dauer des am ersten Eingangsanschluß der UND Glieder 213,215 vorhandenen Signals gibt die Größe der Differenz zwischen der tatsächlichen Maschinendrehzahl und der gewünschten Drehzahl an und damit ist die Differenz kennzeichnend für die Größe der durchzuführenden Korrektur.

Die Übertrag-Ausgangsgröße der arithmetischen logischen Einheit 204 gelangt über die Leitung 216 zu einem Verbindungspunkt 217. Der Verbindungspunkt 217 ist über die Leitung 218 mit dem zweiten Eingangsanschluß des logischen UND Gliedes 213 verbunden und direkt mit dem Eingangsanschluß eines Wandlers 219 verbunden, dessen Ausgang direkt mit dem zweiten Eingangsanschluß des zweiten logischen UND Gliedes 215 verbunden ist. Da das am Übertrag-Ausgang vorhandene Signal anzeigt, ob das am Eingang "A" vorhandene Signal größer ist oder kleiner ist als das am Eingangsanschluß "B" vorhandene Signal, wird das UND Glied 213 immer dann in Bereitschaft gesetzt oder durchgeschaltet, wenn die gewünschte Maschinendrehzahl größer ist als die tatsächliche Maschinendrehzahl, während das zweite UND Glied 215 in Bereitschaft gesetzt oder immer dann durchgeschaltet wird, wenn die tatsächliche Maschinendrehzahl größer ist als die gewünschte Maschinendrehzahl. Der Ausgang des UND Gliedes 213 ist über die Leitung 221 mit dem Vorwärtsantriebseingang eines herkömmlichen Drehrichtungsumkehr-Servomotors 222 verbunden, während der Rücklauf-Eingangsanschluß mit dem Ausgang des zweiten UND Gliedes 215 über die Leitung 223 verbunden ist. Es wird daher das Servobetätigungsglied 193, welches die Lage der Brennstoffbemessungsstange 22 steuert, in die Vorwärtsrichtung getrieben, wenn das UND Glied 213 durchgeschaltet ist und wird in umgekehrter Richtung immer dann angetrieben, wenn das UND Glied 215 durchgeschaltet ist und in beiden Fällen ist das Ausmaß, in welchem das Betätigungsglied 193 gedreht wird durch die Impulsbreite oder Dauer des Im-. pulses bestimmt, der von dem D/A Wandlers 209 abgegeben wird. Es

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läßt sich natürlich einsehen, daß irgendein geeigneter Typ einer Vergleichsstufe ebenso verwendet werden kann, um das Brennstoffberaessungssystem entsprechend einer geschlossenen Regelschleife der Figur 4 zu realisieren.

Wie dargelegt wurde, wird durch das Gerät und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit geschaffen die Luftströmung in Abhängigkeit von der vom Fahrer vorgegebenen oder befehligten Brennstoffströmung zu steuern. Es werden verschiedene Betriebsparameter der Maschine gemessen, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches so ausgelegt ist, daß eine vorbestimmte vorgeschriebene oder vorprogrammierte Luft/Brennstoffmischung in der Maschine aufrechterhalten bleibt und ferner wird ein Rückkopplungssignal erzeugt, welches allgemein die tatsächlich existierende Luft/Brennstoffmischung in der Maschine angibt, wobei dieses Signal beispielsweise von einem Sauerstoffühler gewonnen werden kann, der im Abgassystem der Maschine angeordnet ist. Dieses Rückkopplungssignal wird dazu verwendet das Grund-Steuersignal zu korrigieren, um eine extrem genau arbeitende Einrichtung zur Beibehaltung eines gewünschten oder optimalen Luft/Brennstoffplanes bzw. Mischplanes zu erhalten und zwar für nahezu alle Betriebsbedingungen der Maschine. Eine Vorauserkennungsschaltung kann verwendet werden, um einen bevorstehenden unerwünschten Zustand entsprechend einer übermäßigen Anreicherung vorauszuerkennen und um ein Übergangs-Korrektursignal zu erzeugen, welches dazu verwendet werden kann eine zusätzliche Luftströmung in dem System zu erzeugen und zwar sogar bevor das Rückkopplungssystem die tatsächliche Existenz des unerwünschten Zustandes innerhalb der Maschine feststellen kann, so daß der unerwünschte Zustand entsprechend einer übermäßigen Anreicherung minimal gehalten wird.

Zusammenfassend schafft die Erfindung somit ein elektrisch gesteuertes System bzw. Regelsystem entsprechend einer geschlossenen Regelschleife, um ein gewünschtes Luft/Brennstoffverhältnis innerhalb einer Brennkraftmaschine aufrechtzuerhalten. Eine Gasbetätigungsvorrichtung, die von dem Fahrer in Lage gebracht wird befehligt eine gegebene Brennstoffströmung in der Maschine und die Luftströmung wird mit Hilfe einer servobetätigten Drosselklappenplatte gesteuert. Die vorgegebene Brennstoffströmung und die vorhandene Stellung der Drosselklappenplatte werden dazu verwendet ein Grund-

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Befehlssignal zu erzeugen, um den Servomotor anzusteuern und zwar zur Einstellung der Lage der Drosselklappenplatte. Ein Gasdetektor oder Rauhigkeitsfühler, der in der Maschine angeordnet ist, spricht auf die tatsächliche Luft/Brennstoffmischung in der Maschine an, die größer oder kleiner sein kann als die gewünschte Luft/Brennstoff mischung und es wird dann ein Fehlersignal erzeugt, welches dazu verxiendet werden kann das Grund-Steuersignal im Sinne einer geschlossenen Schleife abzuändern oder zu korrigieren, so daß also selektiv die Stellung der Drosselklappenplatte eingestellt wird und sehr viel genauer ein gewünschtes Luft/Brennstoffverhältnis aufrechterhalten werden kann.

Obwohl eine detaillierte Beschreibung einer spezifischen Schaltungsanordnung bei der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung und der Betriebsweise derselben gegeben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß eine Reihe von Abwandlungen und Änderungen hinsichtlich der Schaltungsanordnung und hinsichtlich der Mittel zur Durchführung des Verfahrens vorgenommen werden können, ohne dabei jedoch den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

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Claims (16)

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   D-8023 Mönchen-Pullach, Wiener Str. 2; Tel. (089) 7 C3 30 71; TeIe-: 52⁴21<7 bros d; Cablet: «Patentibus» München

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   Diplom Ingenieure

   Ihr Zeichen- Tag: 17 Anmißt

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   Date:

   THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48075, USA

   PATENTANSPRÜCHE:

   y Verfahren zur Regelung bzw. Aufrechterhaltung eines gewünschten Luft/Brennstoffverhältnisses in einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet daß unter dem Befehl des Fahrers des betreffenden Fahrzeugs eine Brennstoffmenge an die Maschine abgegeben wird, daß dann ein erster die tatsächliche in die Maschine erfolgende Luftströmung angebender Parameter gemessen wird, dann die in die Maschine erfolgende Luftströmung als Funktion der an die Maschine entsprechend dem Befehl des Fahrers abgegebenen Brennstoffmenge und des ersten gemessenen Parameters, der die tatsächliche in die Maschine verlaufende Luftströmung angibt, gesteuert wird, daß dann ein anderer Betriebsparameter der Maschine gemessen wird, der die tatsächlich in der Maschine herrschende Luft/Brennstoffmischung angibt, daß dann selektiv die gesteuerte Luftströmung in Abhängigkeit von dem gemessenen Maschinen-

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   betriebsparameter, der die tatsächlich herrschende Luft/Brennstoffmischung in der Maschine angibt, im Sinne einer geschlossenen Regelschleife erhöht und vermindert wird derart, daß unter nahezu allen Betriebsbedingungen der Maschine ein gewünschtes optimales Luft/Brennstoffverhältnis aufrechterhalten bleibt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine bevorstehende unerwünschte Bedingung oder Zustand entsprechend einer übermäßigen Brennstoffanreicherung dadurch vorauserkannt bzw. unschädlich gemacht wird indem die Folge oder Geschwindigkeit überwacht wird, in welcher die Brennstoffmenge an die Maschine abgegeben wird, daß der unerwünschte Zustand oder Bedingung entsprechend einer übermäßigen Brennstoffanreicherung immer dann vorausgesagt oder vorausangezeigt wird, wenn die überwachte Geschwindigkeit oder Folge der Brennstoffzuführung zunimmt und daß unmittelbar und zeitweilig die gesteuerte Luftströmung erhöht wird, um dadurch den unerwünschten Zustand oder Bedingung entsprechend einer übermäßigen Brennstoffanreicherung minimal zu halten.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Betriebsparameters der Maschine, der die tatsächliche in der Maschine herrschende Luft/Brennstoffmischung angibt, der Sauerstoffgehalt der in der Maschine auftretenden Gase festgestellt wird.
4. A. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Betriebsparameters der Maschine, der die tatsächliche in der Maschine herrschende Luft/Brennstoffmischung anzeigt, die Rauhigkeit der Maschine bzw. der rauhe Lauf derselben festgestellt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zufuhr einer Brennstoffmenge an die Maschine entsprechend dem vom Fahrer vorgegebenen Befehl ein erstes Signal erzeugt wird, welches die gewünschte Maschinendrehzahl als Funktion der vom Fahrer vorgegebenen oder befehligten Brennstoffzufuhr angibt, daß ein zweites die tatsächliche Maschinendrehzahl angebendes Signal erzeugt und das erste und das zweite Signal verglichen werden und ein die Differenz zwischen diesen Signalen angebendes Fehlersignal erzeugt wird, und daß die an die Maschine abgegebene Brennstoffmenge im Sinne einer geschlossenen Regelschleife in Abhängigkeit von dem Fehlersignal erhöht und vermindert wird, bis die vom Fahrer vor-

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   gegebene oder befehligte gewünschte Maschinendrehzahl erreicht ist.
6. 6. System zur Regelung der Luft/Brennstoffmischung bei einer Brennkraftmaschine, zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorangegangenen Ansprüchen j dadurch gekennzeichnet, daß da.s System folgende Einrichtungen enthält: eine Gasbetätigungsvorrichtung (22, 23,24), um der Brennkraftmaschine eine Brennstoffmenge zuzuführen, eine auf die Gasbetätigungsvorrichtung (22,23,24) ansprechende Einrichtung (25) zum Erzeugen eines ersten die zugeführte Brennstoffmenge angebenden Signals; eine Einrichtung (17,47,48) für Steuerung der in die Brennkraftmaschine erfolgenden Luftströmung; eine auf die Luftströmungs-Steuereinrichtung (17_S47,48) ansprechende Einrichtung (45) zum Erzeugen eines zweiten die tatsächlich in die Maschine erfolgende Luftströmung wiedergebenden Signals, eine auf wenigstens das erste und das zweite Signal ansprechende Steuersignal-Computereinrichtung (35) zur Erzeugung eines Grund-Steuersignals für die Regulierung oder Einstellung der Luftströmungs-Steuereinrichtung (17₅47f48), wobei das Grund-Steuersignal eine gewünschte Luftströmung als Funktion der an die Maschine abgegebenen Brennstoffmenge vorgibt oder befehligt; eine auf die tatsächlich in der Maschine herrschende Luft/Brennstoffmischung ansprechende Einrichtung (54, 54^f,56,59?63) um ein diese Mischung angebendes Rückkopplungssignal zu erzeugen, und eine auf das Rückkopplungssignal ansprechende Einrichtung (52) zum Korrigieren des Grund-Steuersignals, wobei die Luftströmungs-Steuereinrichtung (17,47,48) auf das korrigierte Steuersignal anspricht, um selektiv die in die Maschine erfolgende Luftströmung zu erhöhen und zu vermindern und dadurch ein gewünschtes optimales Luft/Brennstoffverhältnis unter nahezu allen Betriebsbedingungen der Maschine aufrechtzuerhalten.
7. 7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf das erste Signal ansprechende Einrichtung (65) vorgesehen ist, um eine bevorstehende unerwünschte Bedingung oder Zustand entsprechend einer übermäßigen Brennstoffanreicherung vorwegzuerkennen und um ein zweites Korrektursignal zu erzeugen, daß die Einrichtung (65) die Ä'nderungsgeschwindigkeit des ersten Signals überwacht und ein zweites Korrektursignal erzeugt, welches eine plötzliche Zunahme in der Änderungsgeschwindigkeit angibt, die einer Vorhersage eines bevorstehenden übermäßigen Anreicherungszustandes entspricht, da3 weiter die Einrichtung (52) zur Korrektur des Grund-Steuersignals

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   auf das zweite Steuersignal anspricht, um das Grund-Steuersignal abzuändern, bevor das die Existenz des unerwünschten Zustands angebende Rückkopplungssignal empfangen wird, und daß weiter die Luftströmungs-Steuereinrichtung (17,47,48) auf das abgewandelte Steuersignal anspricht, um unmittelbar und zeitweilig die Luftströmung in die Maschine zu erhöhen und dadurch das Ausmaß und die Dauer des vorausgesagten übermäßigen Anreicherungszustandes minimal zu halten.
8. 8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachungseinrichtung (65) zur überwachung der Änderungsgeschwindigkeit des ersten Signals und zum Erzeugen des zweiten Korrektursignals Mittel (65) enthält, um die erste Ableitung des ersten Signals zu berechnen, wobei diese erste Ableitung in Form einer Spannungsspitze immer dann erscheint, wenn eine plötzliche Zunahme in dem ersten Signal festgestellt wird, und daß die Einrichtung (52) zum Korrigieren des Grund-Steuersignals und damit die Luftströmungs-Steuereinrichtung (17s ^7 j 48) auf die Spannungsspitze ansprechen, um unmittelbar und zeitweilig die Luftströmung zu erhöhen und um dann die Steuerung der Lufströmungs-Steuereinrichtung (17j47j48) auf das Grund-Steuersignal wiederherzustellen, welches durch das Rückkopplungssignal korrigiert ist, wenn die Spannungsspitze verschwindet.
9. 9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftströmungs-Steuereinrichtung (17,47,48) ein Drosselklappenventil (17) im Einlaß oder Ansaugsystem (11) der Maschine und eine Servomotoreinrichtung (48) enthält, die auf das Grund=Steuersignal anspricht, um die Stellung des Drosselklappenventils (17) im Sinne einer selektiven Erhöhung und Verminderung der Luftströmung in die Brennkraftmaschine zu verändern.
10. 10. System nach den Ansprüchen 6 und 9_S dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (45) zum Erzeugen des zweiten Signals eine Wandlereinrichtung (45) enthält, die betriebsmäßig einer der Servomotoreinrichtungen (48) und dem Drosselklappenventil (17) zugeordnet ist, um ein die relative Lage desselben angebendes elektrisches Signal zu erzeugen, wobei dieses elektrische Signal dem zweiten Signal entspricht und proportional zur tatsächlich herrschenden Luftströmung in die Brennkraftmaschine ist bzw. diese angibt.
11. 11. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die

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    Gasbetätigungsvorrichtung (22,23,2A) folgendes enthält: ein Gaspedal (23), welches vom Fahrer eines Fahrzeugs in Lage bringbar ist, um in positiver Weise eine an die Brennkraftmaschine abzugebende Brennstoffmenge vorzugeben oder zu befehligen, einem Brennstoff einlaß (19) in die Brennkraftmaschine; für Versorgungseinrichtung (18,21) um den Brennstoff an den Brennstoffeinlaß (19) abzugeben, einem Brennstoffbemessungsstab (22) der wenigstens teilweise innerhalb des Brennstoffeinlasses (19) angeordnet ist und den Durchtritt des Brennstoffes durch diesen Einlaß reguliert, und eine Gestängeanordnung (24), die betriebsmäßig zwischen dem Gaspedal (23) und der Brennstoffbemessungsstange (22) gekuppelt ist, um selektiv die Stellung des Stabes zu verändern und in positiver Weise die an die Maschine abgegebene Brennstoffmenge zu regulieren.
12. 12. System nach den Ansprüchen 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (25) zum Erzeugen des ersten Signals eine Wandlereinrichtung (25) enthält, die betriebsmäßig einen der Brennstoffbemessungsstangen (22) und der Gestängevorrichtung (24) zugeordnet ist und ein die relative Lage desselben angebendes elektrisches Signal erzeugt, wobei dieses elektrische Signal dem ersten Signal entspricht und proportional zu derjenigen Brennstoffmenge ist, die vom Fahrer des Fahrzeugs vorgegeben und an die Maschine abzugeben ist.
13. 13. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die tatsächlich herrschende Luft/Brennstoffmischung in der Brennkraftmaschine ansprechende Einrichtung (54-63) eine Gasfühlervorrichtung (54) enthält, die in dem Abgassystem (12) der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
14. 14. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die tatsächlich in der Brennkraftmaschine herrschende Luft/ Brennstoffmischung ansprechende Einrichtung (54-63) aus einer Einrichtung (54·) zum Feststellen des rauhen Laufes der Maschine besteht.
15. 15. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasbetätigungseinrichtung (22,23,24) eine Brennstoffregeleinrichtung (Figur 4, Figur 5) enthält, um die gewünschte Brennstoffmenge, die an die Brennkraftmaschine abzugeben ist, steuerbar aufrechtzuerhalten.
16. 16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die

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    Gasbetätigungsvorrichtung (22,23,24) folgende Einrichtungen und Merkmale aufweist: ein vom Fahrer des Fahrzeugs in Lage bringbares Gaspedal (23), um eine an die Maschine abzugebende Brennstoffmenge vorzugeben und damit die vom Fahrer gewünschte Drehzahl der Maschine vorzugeben; einen Brennstoffeinlaß (19) in die Brennkraftmaschine; für Versorgungseinrichtung (18,21), um den Brennstoff dem Brennstoffeinlaß (19) zuzuführen; eine wenigstens teilweise im Brennstoffeinlaß (19) angeordnete Brennstoffbemessungsstange (22), um den Eintritt oder Durchtritt von Brennstoff zu regulieren; eine Gestängeanordnung (24), die betriebsmäßig mit dem Gaspedal (23) gekuppelt ist, um proportional zu der Befehlsgröße des vom Fahrer über das Gaspedal (23) übertragenen Befehls das Gestänge zu bewegen; und das weiter das Regelsystem (Figur 4, Figur 5) folgende Einrichtungen enthält: eine elektrische Spule (184) mit einem hohlen zentralen Abschnitt, ein stabförmiges Teil (183), welches für die Durchführung einer relativen Bewegung innerhalb des hohlen zentralen Abschnitts angeordnet ist, wobei die elektrische Spule (184) auf die relative Lage des stabförmigen Teiles (183) innerhalb des zentralen hohlen Abschnitts anspricht, um einen diese Bewegung angebende Spannung zu erzeugen; das eine elektrische Spule oder Wicklung (184) und das stabförmige Teil (183) betriebsmäßig mit der Gestängeanordnung (24) verbunden sind und mit diesem eine relative Bewegung ausführen, derart, daß die die relative Lage angebende Spannung auch die gewünschte Maschinendrehzahl angibt, die durch in Lage bringen des Gaspedals (23) durch den Fahrer vorgegeben wurde; eine auf die Positionsanzeigespannung ansprechende Einrichtung (186) zum Erzeugen eines ersten Frequenzsignals, dessen Frequenz durch den Wert der erzeugten Spannung bestimmt ist; eine Einrichtung (31) zum Erzeugen eines zweiten Frequenzsignals, dessen Frequenz die tatsächlich herrschende Maschinendrehzahl widergibt; eine Vergleichseinrichtung (188; Figur 5) zum Vergleichen des ersten und des zweiten Frequenzsignals und zum Erzeugen eines die Differenz zwischen diesen angebenden Fehlersignals; und eine Einrichtung (192), die eine Rückkopplungsschleife schließt und auf das Fehlersignal anspricht, um selektiv die Brennstoff bemessungsstange (22) in Lage zu bringen und die an die Brennkraftmaschine abgegebene Brennstoffmenge zu regeln, derart, daß die gewünschte Maschinendrehzahl, die durch in Lage bringen des Gaspedals (23) befehligt wurde, aufrechterhalten wird.

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