DE3029312C2 - Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoff-Verhältnisses mit einem Vergaser für Verbrennungsmotore - Google Patents

Description

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l,_ den Merkmale des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Elektromagnetventile 14 und 15 antreibt. Gemäß F i g. 5

ρΛ Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. und 7 hat das Zittersignal (a) eine Spannungswelleii-

£ Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeich- form, in der ein Muster in Zyklen wiederholt wird. Ein

"C". nung beschrieben, in der ist Zyklus des Musters enthält ein Paar hoher Bergab-

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Luft-Brenn- 5 schnitte a und cund einen niedrigen Bergabschnitt 2,ein

ι stoff-Regelanordnung, Paar tiefer Talabschnitte d und / und einen flacheren

t Fig. 2 eine graphische Darstellung der EMK des Sau- Talabschnitt b. Die Höhe P des hohen Bergabschniits

t erstoffühlers als Funktion des Luft-Brennstoff-Verhalt- von der Mittellinie O ist gleich der Tiefe DP des tiefen

«- nisses des durch den Vergaser zugeführten Gemisches, Talabschnitts von der Mittellinie O. Die Tiefe des flache-

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer elektronischen io ren Talabschnitts b von der Mittellinie O beträgt bei-

^I Regelanordnung nach der Erfindung, spielsweise die Hälfte der Tiefe DP des tiefen Talabf Fig.4 eine graphische Darstellung der Beziehung Schnitts.

f· zwischen der Motorgeschwindigkeit und der Periode Die Antriebsschaltung 24 erzeugt Antriebsimpulse,

P des Normsignals, siehe F i g. 6A, in Abhängigkeit von der Eingangsspan-

(_ F i g. 5 eine Darstellung eines Beispiels eines Zittersi- 15 nung mit dem Zittermuster (a). Gemäß F i g. 6A bewirkt

Ü gnals, eine höhere Spannung entsprechend dem Berg des Zit-

5 Fig.6A und B Darstellungen der Beziehung zwi- tersignals einen Antriebsimpuls dp mit einer großen

H sehen den Pegeln des Zittersignals und des Antriebssi- Breite, d. h. einem großen Impulsnennverhältnis, und ei-

t? gnals, ne niedrigere Spannung v/ entsprechend dem TaI des

|| Fig. 7 eine Darstellung des Zittersignals, 20 Zittersignals bewirkt einen Impuls pn mit schmaler Brei-

g Fig. 8 bis 10 Darstellung der Beziehung zwischen der te und mit einem kleinen Impulsnennverhältnis. Die

ψ Abweichung des Ziüersignals und dem Ausgangssignal Elektromagnetventile t4 und 15 werden durch die An-

II der Musterbeurteiiungsschahung, triebsimpulse gemäß F i g. 6A in Abhängigkeit von der ps Fig. 11 eine schematische Ansicht einer weiteren Spannung des Zittersignals ^ betätigt. Wenn die Ventils Ausführungsform der Erfindung, 25 Ie durch den Impuls mit großer Breite betätigt werden, § Fig. 12 ein Schaltbild eines Beispiels der elektroni- wird ein mageres Gemisch erzeugt, da mehr Luft einf| sehen Schaltung der Anordnung und tritt Der schmale Impuls ergibt ein fettes Gemisch. Die I Fig. 13 Darstellungen von Wellenformen an ver- Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des durch

I schiedenen Punkten in F i g. 12. den Vergaser zugeführten Gemisches hat also dasselbe ξ Gemäß F i g. 1 steht ein Vergaser 1 mit einem Ver- 30 Zittermuster.

|: brennungsmotor 2 in Verbindung. Der Vergaser enthält Fig. 7(a) zeigt die Änderung des Luft-Brennstoff-

B eine Schwimmerkammer 3, ein Venturirohr 4 in dem Verhältnisses des Gemisches mit dem Zittermuster.

i| Ansaugkanal, eine Düse 5, die mit der Schwimmerkam- Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches

|| mer 3 über einen Hauptbrennstoffkanal 6 in Verbindung mit der Zitterwelle der F i g. 7(a) von der Linie 5 des

II steht, und eine Leerlauföffnung 10, die nahe einem 35 stöchiometrischen Verhältnisses auf die magere Seite zu || Drosselventil 9 vorgesehen ist und mit der Schwimmer- abweicht, siehe F i g. 7(a), ändert sich die Ausgangsspanf^; kammer 3 über einen Leerlaufbrennstoffkanal 11 in nung-des Sauerstoffühlers 17, der die Abgase entspre- ϊ- Verbindung steht. Luftkorrigierkanäle 8 und 13 sind je- chend dem Gemisch bestimmt, siehe F i g. 7(b).

g weils parallel zu einer Hauptluftöffnung 7 und einer Da ein kleines Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemi-

^ Leerlaufluftöffnung 12 vorgesehen. Auf-Zu-Elektroma- 40 sches entsprechend dem niedrigen Bergabschnitt e des

p gnetventile 14 und 15 sind für die Luftkorrigierkanäle 8 Zittermusters in F i g. 7(a) unter der Linie S des stöchio-

|j und 13 vorgesehen. Die Einlaßöffnung jedes Auf-Zu- metrischen Verhältnisses liegt, erzeugt der Sauerstoff-

Pj Elektromagnetventils steht mit der Atmosphäre über fühler nicht die Ausgangsspannung für den Abschnitt e.

'y einen Luftfilter 16 in Verbindung. Ein Sauerstoffühler 19 Die Wellenform der Fig. 7(b) ergibt deshalb keinen

5. ist in einer Abgasleitung 17 angeordnet, um den Sauer- 45 Wellenabschnitt entsprechend dem Abschnitt e. Die

;.-;.; stoffgehalt der Abgase von dem Motor 2 zu bestimmen. Ausgangsspannung enthält jedoch Störungen dS 1 und

¹; Ein katalytischer Dreiwegkonverter 18 ist in der Abgas- dS2, die durch Rauschen verursacht werden, das von

<■;. leitung 17 stromabwärts des Sauerstoffühlers 19 vorge- dem Motor erzeugt wird. Die Ausgangsspannung (b)

: sehen. des Sauerstoffühlers wird an eine Störungsbeseitigungs-

Die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 19 an- 50 schaltung 27 mit einer Differentiationsschaltung über

; den sich steil bei einem Abgasverhältnis nahe dem stö- einen Komparator 27a angelegt. Die Schaltung 27 diffe-

chiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis des durch renziert die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 19,

; den Vergaser zugeführten Gemisches, siehe F i g. 2, so um das Signal zu erzeugen, das in F i g. 7(c) gezeigt ist.

I daß es möglich ist festzustellen, ob das Luft-Brennstoff- Eine Normperiodenschaltung 25 ist zum Erzeugen

Gemisch in der Ansaugleitung fetter oder magerer als 55 eines Normperiodenimpulszuges vorgesehen. Die Pha-

) das stöchiometrische Verhältnis ist, indem die Spannung se der Impulse aus der Schaltung 25 wird durch eine

des Sauerstoffühlers 19 bestimmt wird. Das Ausgangssi- Verzögerungsschaltung 30 so eingestellt, daß sie mit der

gnal des Fühlers 19 wird einem elektronischen Regelsy- Phase des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers zusam-

stem 20 zugeführt, um die Auf-Zu-Elektromagnetventile menfällt, die auch der Phase des Zittersignals entspricht.

14 und 15 zu regeln. 60 Dieser eingestellte Normperiodenimpulszug ist in

Gemäß F i g. 3 hat das elektronische Regelsystem ei- F i g. 7(d) gezeigt. Das Signal der F i g. 7(c) wird mit dem

ne Zittersignalerzeugungsschaltung 21 zum Erzeugen eingeteilten Normperiodenimpulszug verglichen, so

eines Zittersignals (a)der F i g. 7 und 5. Das Zittersignal daß die Störungen dS 1 und dS 2 entfernt werden, siehe

(a) wird einer Antriebsschaltung 24 über eine Verschie- F i g. 7(e).

bungsregelschaltung 22, die nachfolgend beschrieben 65 Das Signal der F i g. 7(e) wird einer Beurteilungs-

wird. und eine Amplitudenregelschaltung 23 zugeführt, schaltung 28 zugeführt. Die Beurteilungsschaltung er-

wobei die Antriebsschaltung, in den Ansprüchen auch zeugt ein Rechteckausgangssignal, siehe Fi g. 7(f), durch

mit Betätigungseinrichtung bezeichnet, die Auf-Zu- Triggern mit dem Signal der F i g. 7(e).

Da der niedrige Bergabschnitt e des Gemisches in F i g. 7(a) auf der mageren Seite angeordnet ist, wird ein breiter niedriger Pegelabschnitt (w) in dem Beurteilungssignal der F i g. 7(f) gebildet Die Tatsache, daß sich das Gemisch auf das Signal der F i g. 7(a) auf der mageren Seite bezieht, wird somit durch den niedrigeren Pegelabschnitt w des Signals (f) festgestellt, das von dem Sauerstoffühler 19 abgegeben wird.

F i g. 9 zeigt ein Beispiel des Beurteilungssignals /'aus der Schaltung 28, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches sich am stöchiometrischen Wert befindet. Zu vergleichen ist das entsprechende Zittersignal (a), bei dem die Mittellinie O zu der stöchiometrischen Linie S verschoben worden ist. Das Beurteilungssignal enthält Impulse a'bis /' die jeweils die gleiche Impulsbreite haben.

F i g. 10 zeigt ein weiteres Beispiel des Beurteilungssignals /", wenn das Luft-Brennstoff-Gemisch nach der fetten Seite abweicht. Vergleiche hierzu das entsprechende Zittersignal (a), bei dem die Mittellinie O zu der stöchiometrischen Linie S verschoben worden ist. Das Beurteilungssignal /"enthält einen breiten hohen Pegelabschnitt d', e', /'. Wenn die Bergabschnitte des Zittersignals, das dem Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches entspricht, von dem stöchiometrischen Wert abweichen, wird ein Beurteilungssignal mit hohem Pegel ohne den Talabschnitt erzeugt.

Das Beurteilungssignal f, f oder /" wird einer Verschiebungssignalerzeugungsschaltung 29 zugeführt, die ein Verschiebungssignal (g) in Abhängigkeit von der Breite des Abschnitts des Signals f. /Oder /"mit hohem oder niedrigem Pegel erzeugt. Das Verschiebungssignal (g) wird an die Verschiebungsregelschaltung 22 angelegt, um das Zittersignal (a), das von der Zittersignalerzeugungsschaltung 21 zugeführt wird, in Abhängigkeit davon zu verschieben, d. h. in Abhängigkeit von der festgestellten Abweichung der Abgase, die wiederum abhängig von dem Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches in dem Ansaugkanai ist.

Fig.8 zeigt ein Beispiel der Änderung der Abweichung des Zittermusters des Gemisches und der Änderung des Ausgangssignals der Beurteilungsschaltung 28 (F i g. 12f). Unter der Annahme, daß das Zittermuster A vollständig von dem stöchiometrischen Verhältnis nach der fetten Seite abweicht, wird ein Ausgangssignal A' mit hohem Pegel ohne den Talabschnitt erzeugt In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal A' wird nun das Zittersignal von der Schaltung 21 zur mageren Seite über die Verschiebungsschaltungen 29 und 22 verschoben.

Wenn das Zittermuster so angeordnet ist, wie es bei B gezeigt ist, d. h. noch etwas nach der fetten Seite verschoben, wird ein Ausgangssignal B' mit hohem Pegel erzeugt. Das nächste von der Schaltung 21 erzeugte Zittersigna] wird somit um einen Grad in Abhängigkeit von dem Signal B' verschoben. Die Abweichung des Zittermusters des Gemisches wird zur Zeit 11 festgestellt, bevor der Impuls B' vervollständigt ist

Wenn die Mittellinie O des Zittermusters des Gemisches mit dem stöchiometrischen Verhältnis zusammenfällt, d. h. die Signale C oder die Mittellinie im Bereich zwischen dem niedrigen Bergabschnitt e (F i g. 5) und dem flachen Talabschnitt b angeordnet sind, werden gleichförmige Impulse erzeugt Die Erzeugung eines gleichförmigen Ausgangsimpulses zeigt somit die Tatsaehe an, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis, das von dem Sauerstoffühler wirksam festgestellt worden ist, annähernd gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist Auf diese Weise erzeugt die Verschiebungssignalerzeugungsschaltung 29 kein Ausgangssignal, wenn der gleichförmige Eingangsimpuls empfangen wird.

F i g. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Erfindung bei einem Motor angewendet ist, der mit einem Brennstoffeinspritzsystem versehen ist. Ein Brennstoffinjektor 34 ist in einem Ansaugkrümmer 33 stromabwärts des Luftfilters 32 vorgesehen. Der Brennstoffinjektor 34 steht mit einem Brennstofftank 35 mit einer (nicht dargestellten) Brennstoffpumpe über eine Leitung 36 in Verbindung. Der Brennstoffinjektor 34 ist wirksam mit einer Regeleinheit 37 mit dem Regelsystem 20 der Fig.3 verbunden. Der Sauerstoffühler 19 und der Geschwindigkeitsfühler 26 sind zum Regeln des Regelsystems 20 vorgesehen. In einem solchen System wird der Brennstoffinjektor 34 durch das Zittersignal in derselben Weise wie bei der vorstehenden Ausführungsform betätigt, wodurch eine wirksame Emissionsregeiung ausgeführt werden kann.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel der elektronischen Schaltung des Systems. Die Beurteilungsschaltung 28 enthält einen D-JK-Flip-Flop 40. Der Geschwindigkeitsfühler 26 enthält eine Zündspule 41 und einen Verteiierkontakt 42. Fig. 13 zeigt Wellenformen an verschiedenen Stellen der Fig. 12, wobei die Wellenformen JVl bis WlO den Punkten in F i g. 12 entsprechen, die jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung ein Regelsystem schafft, in dem das geregelte Ausgangssignal, d. h. die Prozeßgröße, verursacht wird, durch das Zittersignal in einem solchen Muster zu schwingen, daß das notwendige minimale Fehlersignal erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann eine Änderung des Ausgangssignals schnell zu dem gewünschten Wert konvergieren. Es können auch andere Zittersignale mit einem verschiedenen Muster als das dargestellte Signal verwendet werden. Wenn ein anderer Fühler als ein Sauerstoffühler verwendet wird, der eine lineare Ausgangsspannung aufweist, ist es notwendig, einen Komparator vorzusehen, durch den die Ausgangsspannung mit einem Normpegel verglichen wird, der dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht, so daß die Ausgangsspannung steil an dem Normpegel geändert werden kann.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Antriebsschaltung zum Erzeugen von Rechteckwellen-Patentansprüche: impulsen aus dem Ausgangssignal der Inttgrations- schaltung und ein Auf-Zu-Elektromagnetventil zum

1. Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoff- Korrigieren des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Ge-Verhältnisses mit einem Vergaser für Verbren- 5 misches. Die Regelanordnung arbeitet, um zu beurteinungsmotore, mit einem Dreiwegkatalysator zur len, ob das Rückkopplungssignal von dem Sauerstoffüh-Reduziemng der schädlichen Abgaskomponenten ler höher oder niedriger als ein vorbestimmter Bezugsim Abgaskanal, mit einer Meßeinrichtung zum Mes- wert entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Brennsen der Abgaskonzentration im Abgaskanal, deren stoff-Verhältnis ist, um ein Fehlersignal zum Betätigen elektrisches Ausgangssignal an den Eingang einer 10 des Auf-Zu-Elektromagnetventils zu erzeugen, wo-Beurteilungseinrichtung angelegt ist, dit aus dem durch das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches elektrischen Ausgangssignal und einem Referenzsi- gesteuert wird.

gnal ein Beurteilungssignal erzeugt, welches auf den Eine solche Rückkopplungsregelanordnung führt aufEingang eines Reglers geführt ist, dessen Ausgangs- grund der Ansprechverzögerung des Sauerstoffühlers signal und das Ausgangssignal eines Impulsgenera- 15 Eigenschwingungen aus Das durch das Auf-Zu-Elektrotors an den Eingang einer Antriebseinrichtung ange- magnetventil korrigierte Gemisch wird in den Zylinder legt sind, deren impulsbreitenmoduliertes Ausgangs- des Motors eingeführt, in den es durch den Ansaugkanal signal ein Ein-Aus-Elektromagnetventil betätigt, strömt und darin verbrannt wird, worauf es durch den dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abgaskanal entfernt wird. Zu der Zeit, zu der der Sauer-Übereinstimmung von Amplitude und Phase des 20 stoffühler den Sauerstoffgehalt der Abgase aufgrund Ausgangssignals der Meßeinrichtung (19) mit dem des korrigierten Gemisches feststellt, hat die Korrigier-Referenzsignal der Ausgang des Impulsgenerators wirkung mit dem Auf-Zu-Elektromagnetventil den ge-(21) über eine Amplitudeneinrichtung (23) mit dem wünschten Punkt Überschwüngen. Als Ergebnis wird ein Eingang der Antriebseinrichtung (24) verbunden ist, fettes oder mageres Gemisch aufgrund des Überschwinwobei in der Amplitudeneinrichtung die Amplituden 25 gens in dem Motor eingeführt und die Abweichung wird der Impulse verringert werden. durch den Sauerstoffühler festgestellt Auf diese Weise

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet wird eine Korrigierwirkung in der entgegengesetzten durch eine Störungsbeseitigungsschaltung (27) zum Richtung eingeleitet. Nach dieser Schwingung des Re-Beseitigen von Störungen in dem Ausgangssignal gelbetriebs konvergiert die Änderung des Luft-Brennder Meßeinrichtung (19). 30 stoff-Verhältnisses des Gemisches zu dem stöchiometri-

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet sehen Verhältnis. Die Abweichung des Luft-Brennstoffdurch eine Normperiodenerzeugungsschaltung (25) Verhältnisses des Gemisches wird deshalb auf das stözum Regeln der Periode des Signals des Impulsgene- chiometrische Verhältnis mit einer gewissen Verzögerators (21) und des Betriebs der Beurteilungsschal- rung korrigiert. Die gewünschte Verringerung der tung (28) und der Störungsbeseitigungsschaltung 35 schädlichen Bestandteile kann folglich nicht erreicht (27). werden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet Andererseits ist festgestellt worden, daß, wenn ein durch eine Verzögerungsschaltung (30) zum Einstel- Dreiwegkatalysator den Abgasen ausgesetzt wird, wolen der Phase des Normsignals aus der Normperio- bei das Verhältnis des Gehalts des Abgases periodisch denerzeugungsschaltung (25), damit diese mit der 40 von einem mittleren AbgasgehaHsverhältnis in einer gePhase des festgestellten Signals der Meßeinrichtung eigneten Periode abweicht, der Katalysator aktiviert (19) zusammenfällt. werden kann, um dadurch die Emissionsverringerungs-

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- wirkung zu vergrößern.

zeichnet, daß die Störungsbeseitigungsschaltung (27) Bekannt ist auch ein Vergaser für Kraftfahrzeugmoeine Differentiationsschaltung zum Differenzieren 45 tore zur Verwendung mit einem elektronischen Regeleines festgestellten Signals und eine Einrichtung kreis für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Zuführung zum Vergleichen des differenzierten Signals mit ei- eines angemessenen Luft-Kraftstoff-Gemisches zu einem Normsignal von der Verzögerungsschaltung nem Verbrennungsmotor (DE-OS 26 03 858). Dieser be-(30) enthält, um das differenzierte Signal zu entfer- kannte Vergaser weist einen Sauerstoffsensor zum nen, das nicht dem Normsignal entspricht. 50 Messen der Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen auf, dessen elektrisches Ausgangssignal an den Ein-

gang eines Differenzsignal-Generators angelegt wird,

der ein elektrisches Signa! erzeugt, das für den Differenzwert zwischen der Größe des Signals des Sauer-

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln 55 Stoffsensors und eines Bezugssignals repräsentativ ist.

des Luftbrennstoff-Verhältnisses mit einem Vergaser Das Ausgangssignal des Differenzsignal-Generators

für Verbrennungsmotore ,lach dem Oberbegriff des An- wird auf den Eingang eines Reglers gegeben, dessen

Spruchs 1. Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS Ausgangssignal und das Ausgangssignal eines Zittersi-

03 858 bekannt. gnalgenerators an einen Impulsgenerator angelegt wird,

Bei einer solchen Rückkopplungsanordnung ist ein 60 dessen impulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal ein

Sauerstoffühler vorgesehen, um den Sauerstoffgehalt elektromagnetisches Absperrorgan betätigt,

der Abgase abzutasten, um ein elektrisches Signal als Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Regel-

Anzeige des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Luft- anordnung zu schaffen, bei der ein geregeltes Ausgangs-

Brennstoff-Gemisches, das durch einen Vergaser züge- signal mit einem Muster schwingt, das derart ist, daß die

führt wird, zu erzeugen. Die Regelanordnung enthält 65 Richtung der Abweichung von dem gewünschten Wert

eine Beurteilungsschaltung zum Beurteilen des Aus- bestimmt werden kann, um die Abweichung von dem

gangssignals des Sauerstoffühlers, eine mit der Beurtei- gewünschten Wert schnell zu korrigieren,

lungsschaltung verbundene Integrationsschaltung, eine Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnen-