DE2731440C3

DE2731440C3 - Kraftstoffregelvorrichtung mit geschlossener Regelschleife

Info

Publication number: DE2731440C3
Application number: DE2731440A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Tokyo Aono
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1976-07-13
Filing date: 1977-07-12
Publication date: 1982-03-04
Also published as: JPS5624777B2; DE2731440A1; CA1111530A; JPS5311234A; US4187812A; DE2731440B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffregeleinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art

Bei einer solchen, aus der DE-OS 23 33 743 bekannten Kraftstoffregelvorrichtung wird von der Einrichtung zum Feststellen eines bestimmten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine z. B. die Temperatur der Abgase gemessen, um eine Änderung des Ausgangssignals der Einrichtung zum Massen der Konzentration eines bestimmten Bestandteils der Abgase aufgrund höhrerer Abgastemperaturen kompensieren zu können. Die Einrichtung zum Feststellen des bestimmten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine ändert dabei die Größe des dem Vergleicher zugeführten Bezugssignals. Mit Hilfe des von der integrierenden Einrichtung erzeugten Fehlerkorrektursignals wird das Kraftstoffluftgemisch so geregelt, daß die Abgase von einem in der Abgasleitung vorgesehenen ka'alytischen Umformer möglichst optimal entgiftet werden können.

Dabei ist es allgemein bekannt, daß die Art und die Menge der im Abgas einer Brennkraftmaschine vorhandenen Stoffe stark durch das Kraffstoffluftver-> hältnis des Gemisches beeinflußt werden, Fette Gemische neigen dazu, große Mengen an Kohlenwasserstoffen Und Kohlenmonoxid zu erzeugen, während magere Gemische dazu neigen, größere Mengen an Stickstoffoxiden zu erzeugen. Der Anteil der uner-

wünschten Bestandteile des Abgases kann mittels eines katalytischen Umformers klein gehalten werden, vorausgesetzt, daß das Kraftstoffluftgemisch im engen stöchiometrischen Bereich, d. h. im sogenannten Konverterfenster, gehalten wird. Die Auslegung der bisher ä bekannten Kraftstoffregelvorrichtungen muß jedoch einer Vielzahl von Anforderungen genügen. Die Vorrichtung muß schnell auf sich ändernde Betriebszustände ansprechen, während sie gleichzeitig stabil arbeiten muß, so daß das geregelte Kraftstc-ffluftge- ι ο misch nur kurze Zeit außerhalb des Konverterfensters liegt Derartige Vorrichtungen halten den Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine zwar unter einer gewissen Kontrolle, neigen jedoch dazu, aus dem Konverterfenster mit der Zeit als Folge einer Änderung der is Betriebsparameter der Brennkraftmaschine herauszuwandern.

Aufgabe der Erfindung ist es es, eine Kraftstoffregelvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß das Kraftstoffluftgemisch beim Feststellen eines bestimmten Betriebszustar.des der Brennkraftmaschine in bestimmter Weise kurzzeitig geändert wird und beim Aufl-üren des bestimmten Betriebszustandes wieder in der normalen Weise geregelt wird.

Bei einer Kraftstoffregelvorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffregelvorrichtung ist also eine Speichereinrichtung vorgesehen, um das Fehlerkorrektur- oder Regelsignal zu speichern, das bei dem vorangegangenen bestimmten Betriebszustand, beispielsweise der Beschleunigung, aufgetreten ist Das gespeicherte Signal wird dann anstelle des augenblicklichen Wertes des Regelsignals zur Regelung des Kraftstoffluftgemisches benutzt, wenn die Brennkraftmaschine das nächste Mal beschleunigt wird.

Die Speichervorrichtung umfaßt vorzugsweise eine Taktspeicherschaltung, die bei einer festgestellten Beschleunigung der Brennkraftmaschine ausgelöst wird, um den augenblicklichen Wert oder vorzugsweise den Mittelwert des Regelsignals während der Beschleunigung zu speichern, bis die nächste Beschleunigung auftritt Der Vorteil besteht darin, daß die Regelvorrichtung schnell auf eine Beschleunigung ansprechen kann, während sich das Regelsignal allmählich mit einer Geschwindigkeit ändert die der Änderung des Betriebsparameters entspricht wenn die Brennkraftmaschine in den Normalbetrieb gelangt, so daß die Regelung ohne ein merkliches Herauswandern aus dem Konverterfenster während der Fahrt mit Reisegeschwindigkeit oder während des stationären Betriebes unmittelbar nach jeder Beschleunigung beibehalten wird. Da das gespeicherte Signal den Regelwert wiedergibt, der für den bestimmten Betriebszustand der geeignetste Wert ist. ist das gespeicherte Signal für Änderungen der Leistung der Brennkraftmaschine oder der Regelvorrichtung über einen langen Zeitraum und für Abweichungen von Fahrzeug zu Fahrzeug unempfindlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere für eine Integralregelung geeignet, kann jedoch auch für eine kombinierte Integral- und Proportionalregelung verwandt werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild des Ausführungsbeispiels und

Fig.2 in einem Diagramm Signalformen ιλιγ Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispieis.

Wie es in F i g. 1 dargestellt ist wird eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Gemisch aus Krartstoff und Luft über eine geeignete Kraftstoff und Luft mischende und proportionierende Einrichtung 11, beispielsweise einen Vergaser, versorgt, obwohl diese Einrichtung auch eine Kraftstoffeinspritzanlage sein kann.

Die Maschine 10 gibt ihre Abgase über eine Abgasleitung 12 ab, die einen katalytischen Reaktor 13 enthält Der katalytische Reaktor 13 ist eine Vorrichtung des Typs, bei dem die hindurchströmenden Abgase einem katalytischen Stoff ausgesetzt werden, der, wenn das richtige Kraftstoffluftverhältnis in den Abgasen vorherrscht gleichzeitig die Oxidation von Kohlenmonoxid und der Kohlenwasserstoffe und die Reduktion der Stickstoffoxide fördert Die Abgasleitung 12 ist mit einem Sauerstoffsensor 14 stromaufwärts vom katalytischen Reaktor 13 versehen. Der Sar- rstoffsensor 14 ist vorzugsweise ein Zirkonoxidelektrolytsensor, der dann, wenn er den auf hoher Temperatur befindlichen Abgasen der Maschine ausgesetzt wird, eine Ausgangsspannung erzeugt die sich merklich ändert wenn das Kraftstoffluftverhältnis der Abgase durch den stöchiometrischen Wert wandert Die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors 14 ist eine Funktion des Kraftstoffluftverhältnisses, das durch die Kraftstoff und Luft mischende und proportionierende Einrichtung 11 bestimmt ist und zeigt einen ziemlich steilen Verlauf, wenn das Gemisch durch den stöchiometrischen Wert geht

Das Ausgangssigr.al vom Sauerstoffsensor 14 wird dem nicht invertierenden Eingang eines Funktionsverstärkers 15 zugeführt der den Unterschied zwischen dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors und einem Bezugswert V_t ermittelt der einem Integrator 16 geliefert wird, der von einem Funktionsvsrstäiker 17 gebildet wird, dessen nicht invertierender Eingang an Masse liegt und dessen invertierender Eingang über ein .n Integrationskondensator Cl mit seinem Ausgang und über eine Integrationswiderstand R1 mit dem Ausgang des Funktionsverstärkers 15 verbunden ist.

Das Ausgangssignal des Integrators 16 liegt an der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung 11, um das Kraftstoffluftverhältnis im sogenannten Konverterfenster einzustellen. Erfindungsgemäß wird das Ausgangssignal vom Integrator 16 auf das Vorliegen eines vorübergehenden Bedarfes an einem reichen oder armen Gemisch hin amplitudenmoduliert. Eine Fahrzeugbeschleunigung wird durch einen Detektor 18 als ein Bedarf an einem reichen Gemisch wahrgenommen, der ρ·';ι auf einem hohen Spannungspegel liegendes Signal einem elektronischen Schalter 19 liefert, der einen Schaltkreis ν im Ausgang des Integrators 16 über einen Widerstand Rl und einen Kondensator Cl zur Masse schließt. Der Detektor 18 kann irgendein Detektor aus der Vielzahl verschiedener Detektoren, beispielsweise ein iJrosselstellungsschalter. ein Ansaugunterdruckschalter oder ein Gaspedalschalter sein, Das Signal vom Detektor 18 schließt den Schalter 19 und lädt den Kondensator C2 auf die Aüsgangsspannung des Integrators 16 auf, so daß das Ausgangssignal des Integrators während der Beschleunigung als Meßwert genommen wird und t>is zur folgenden Beschleunigung gespeichert wird. Die Spannung über den Kondensator Cl liegt über einen Pufferverstärker 20 und einen

10

15

20

Inverter 21 an einem elektronischen Schalter 22. Der Schalter 22 wird auf ein Ausgangssignal von einem monostabilen Multivibrator 24 hin geschlossen, um das Ausgangssignal vom Inverter 21 über einen Widerstand R 3 an den invertierenden Eingang des Integrationsverstärkers 17 zu legen. Über den Kondensator Cl ist eine Schaltung aus einem Widerstand Λ 4 und einem elektronischen Schalter 23 geschaltet, die auch auf das Ausgangssignal vom monostabilen Multivibrator 24 anspricht, um einen Nebenschluß mit niedrigem Widerstand zum Kondensator Cl zu bilden. Die Widerstände R 3 und R 4 haben denselben Widerstandswert, der jedoch viel kleiner als der des Integrationswiderslandes R1 ist. Der Schalter 19 kann für eine gewünschte feste Zeitdauer betätigt werden, indem ein monostabiler Multivibrator 24 zwischen dem Detektor 18 und dem Schalter 19 vorgesehen wird, wie es durch Unterbrochene Linien A in F i g. 1 dargestellt ist

Der monostabile Multivibrator 24 ist mit dem Ausgang des Beschleunigungsdetektors 18 verbunden, um einen Impuls zu erzeugen, der für eine kurze Zeitspanne von der Vorderflanke des Signals vom Detektor 18 an vorliegt

Während anderer Arbeitsweisen der Maschine als der Beschleunigung bleiben die elektronischen Schalter 19, 22 und 23 geöffnet und liefert der Integrator 16 eine Integralion des Signals vom Differentialverstärker 15 mit dem linearen Anstieg von RiCl.

Während der Beschleunigung wird ein auf einem hohen Spannungspegel liegendes Signal 30 durch den Detektor 18 erzeugt (F i g. 2a) und darauf ansprechend wird vom monostabilen Multivibrator 24 ein Ausgangssignal 31 den Schaltern 22 und 23 geliefert, die ihre jeweiligen Schaltwege schließen. Zu diesem Zeitpunkt wird die am Kondensator C2 gespeicherte Spannung über den Widerstand Λ 3 an den invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers 17 gelegt Da der Widerstand R 4 einen viel kleineren Widerstandswert als der Widerstand R1 hat, nimmt das Ausgangssignal des Integrators 17 augenblicklich einen Wert an, der gleich der invertierten Spannung des Ausgangssignals vom Inverter 21 ist Da die Spannung über dem Kondensator Cl zu dem Zeitpunkt zu dem die Schalter 22, 23 geschlossen werden, die Ausgangsspannung des Integrators 16 wiedergibt die bei der vorhergehenden Beschleunigung aufgetreten ist nimmt das Ausgangssig-

30

35

40 nal des Integrators nun den Spannungspegel des vorhergehenden Beschleunigungszustandes ein, wie es in F i g. 2c dargestellt ist

Der Kondensator C2 wird durch das Ausgangssignal des Integrators während jeder Beschleunigungszeit auf einen neuen Wert wieder aufgeladen, der den Mittelwerf des Ausgangssignals des Integrators während dieser Zeit wiedergibt Aus F i g. 2c ist ersichtlich, daß dann, wenn das Ausgangssignal des Integrators 16 einmal auf einen neuen Wert bei der Feststellung einer Beschleunigung springt, der Integrationskondensator Cl auf die Spannung über dem Kondensator C2 aufgeladen wird und daß anschließend an die Aufladung des Kondensators Cl der Integrator 16 das Ausgangssignal des Verstärkers 15 mit dem normalen linearen Anstieg von Λ ICl integriert so daß die Regelung um den Beschleunigungspegel 32 schwingen kann.

Da die Wirkung der Schaltung R2C2 darin besteht die augenblicklichen Werte des Ausgangssignal.«; des Integrators während der Beschleunigungszeiten zu mitteln, ist die Spannung über dem Kondensator C2 unempfindlich für Abweichungen von einem Fahrzeug zum anderen oder einen Alterungsprozeß und wird die Maschine während jeder Beschleunigung mit einem Kraftstoffluftgemisch mit dem geeignetsten Kraftstoffluftverhältnis versorgt

Da. der Kondensator C2 seine gespeicherte Energie entlad-''η wird und da die für die folgende Beschleunigung verwandte Spannung über eine lange Zeitdauer abfallen wird, kann vorzugsweise der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator CS und dem Widerstand R 2 über einen Widerstand R 5 mit ausreichend hohem Widerstandswert und über einen elektronischen Schalter 26, der so angeordnet ist daß er während des Anlassens des Fahrzeuges betätigt wird, mit einer Spannungsquelle 25 verbunden sein. Bei dieser Anordnung wird der Kondensator C2 auf einen passenden Spannungspegel aufgeladen, wenn der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Beschleunigungen sehr lang ist Der Kondensator C2 kann direkt durch die in unterbrochenen Linien B dargestellte Schaltung mit dem Widerstand R 5 verbunden sein, so daß er von der Spannungsquelle 25 ständig aufgeladen wird, wenn der Widerstandswert des Widerstandes R 5 so gewählt ist daß er viel größer als der des Widerstandes R 2 ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoffregelvorrichtung mit geschlossener Regelschleife für eine Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zum Messen der Konzentration eines bestimmten Bestandteils der Abgase und zum Erzeugen eines entsprechenden elektrischen Signals, einem Differenzverstärker zum Vergleichen dieses Signals mit einem Bezugssignal, einer integrierenden Einrichtung zum Erzeugen eines Fehlerkorrektursignals für die das Kraftstoffluftgemisch liefernde Einrichtung aus dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers und einer Einrichtung zum Feststellen eines bestimmten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, um das Fehlerkorrektursignal bei einem bestimmten Betriebszustand zu ändern, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (19, CZ R2), die das Fehlerkorrektursignal beim Feststellen des bestimmten Betriebszustandes als Meßwertsignal speichert und durch eine Einrichtung (20,21,22), die die Größe a es Fehlerkorrektursignals beim erneuten feststellen des bestimmten B£trie^^ve'⁷us*^oncie^c °u^ die Größe des gespeicherten Meßwertsignals ändert

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Meßwert speichernde Einrichtung (19, C2, R 2) einen ersten Widerstand (R 2) und einen ersten Kondensator (CI), die in Reihe geschaltet sind und eine torgesteuerte Schalteinrichtung (19) aufweist, die auf die Einrichtung (18) zum Feststellen des bestimmten Betriebszustandes anspricht und rfesi ersten Kondensator (CT) mit dem Ausgang der das Fehlerkorrektursignal liefernden Einrichtung (16) über den erbten Widerstand (R 2) verbindet, wobei der erste Widerstand (R 2) einen derartigen Widerstandswert hat, daß der erste Kondensator (C2) eine Spannung speichert, die den Mittelwert des Fehlerkorrektursignals während der Zeit angibt, während der der bestimmte Betriebszustand vorliegt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Fehlerkorrektursignal liefernde Einrichtung (16) einen Funktionsverstärker (17) mit einem ersten Eingang, der auf die Abweichung des Kraftstoffluftverhäl misses über einen ersten Integrationswiderstand (Rl) anspricht und dessen zweiter Eingang an einem Bezugspotential liegt, und einen Integrationskondensator (Ci) aufweist, der zwischen den ersten Eingang und den Ausgang des Funktionsverstärkers (17) geschaltet ist, und daß die das Fehlerkorrekturtignal ändernde Einrichtung einen zweiten Widerstand (RJ) und eine zweite torgesteuerte Schalteinrichtung (22), die auf das Feststellen des bestimmten Betr ebszustandes anspricht und das gespeicherte Korrektursignal über den zweiten Widerstand (R 3) a.n den ersten Eingang des Funfctionsverstärkers (17) tegt. sowie einen dritten Widerstand (R 4) und eine dritte torgesteuerte Schalteinrichtung (23) aufweist, die auf die Feststellung des bestimmten Betriebszu Standes anspricht und den dritten Widerstand (R 4) parallel zum Integrationskondensator (Ci) schaltet, wobei der zweite Widerstand (R 3) einen kleineren Widmtandswert als der erste Widerstand (R 1) hat, so daß der Integrationskondensatör (Ci) augenblicklich auf einen Spannungspegel aufgeladen wird, der im wesentlichen gleich dem des gespeicherten Korrektursignals ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den bestimmten Betriebszustand feststellende Einrichtung (18) den vorübergehenden Bedarf an einem fetten oder mageren Kraftstoffluftgemisch feststellt

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle (25) und einen vierten Widerstand (R 5), der zwischen die Spannungsquelle (25) und den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Widerstand (R 2) und dem ersten Kondensator (C2) geschaltet ist, wobei der Widerstandswert des vierten Widerstandes (R 5) viel größer als der des ersten Widerstandes (R 2) ist, so daß der erste Kondensator (C2) kontinuierlich von der von der Spannungsquelle (25) gelieferten Spannung aufgeladen wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle (25), einen vierten Widerstand (R S) und einen von Hand betätigbaren Schalter (26), der in Reihe zwischen die Spannungsquelle (25) und den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Widerstand (R 2) und dem ersten Kondensator (C2) geschaltet ist, um den Kondensator (C2) bei einer Betätigung des Schalters (26) aufzuladen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch einen monosfabilen Multivibrator (24), de; zwischen die den bestimmten Betriebszustand feststellende Einrichtung (18) und den Steuereingang der torgesteuerten Schalteinrichtung (19) geschaltet ist

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch einen monostabilen Multivibrator (24), der zwischen die den bestimmten Betriebszustand feststellende Einrichtung (18) und die Steuereingänge der zweiten und dritten torgesteuerten Schalteinrichtungen (22,23) geschaltet ist