DE3029356C2 - Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoff-Verhältnisses mit einem Vergaser für Verbrennungsmotore - Google Patents

Description

a) daß der Impulsgenerator periodisch ein Muster von wenigstens vier Impulsen erzeugt, wobei sich jedes Muster aus mehreren, rechteckigen Impulsen zusammensetzt und die Impulse die gleiche Impulsbreite und unterschiedlich hohe und niedrige Pegel haben, und daß wenigstens ein erster hoher Impulspegel kleiner ist als ein zweiter hoher Impulspegel und daß wenigstens ein erster niedriger Impulspegel kleiner ist als ein zweiter niedriger Impulspegel, und die Periode jedes Impulses mit der des Referenzsignals übereinstimmt und

b) daß der Ausgang der Verschiebungssignalerzeugungsschaltung (29) und der Ausgang des Impulsgenerators (21) über eine Pegelverschiebungseinrichtung (22) mit der Antriebseinrichtung (24) verbunden sind, wobei die Pegelverschiebungseinrichtung den Impulspegel des Impulsgeneratorsignals in Abhängigkeit des Ausgangssignals der Verschiebungssignalerzeugungsschaltung verringert oder erhöht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Störungsbeseitigungsschaltung (27) zum Beseitigen von Störungen in dem Ausgangssignal der Meßeinrichtung (19).

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Normperiodenerzeugungsschaltung (25) zum Regeln der Periode des Signals des Impulsgenerators (21) und des Betriebs der Beurteilungsschaltung (28) und der Störungsbeseitigungsschaltung (27).

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsschaltung (30) zum Einstellen der Phase des Normsignals aus der Normperiodenerzeugungsschaltung (25), damit diese mit der Phase des festgestellten Signals der Meßeinrichtung (19) zusammenfällt.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoff-Verhältnisses mit einem Vergaser für Verbrennungsniotore nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 03 858 bekannt.

Bei einer solchen Rückkopplungsanordnung ist ein Sauerstoffühler vorgesehen, um den Sauerstoffgehalt der Abgase abzutasten, um ein elektrisches Signal als Anzeige des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des durch einen Vergaser zugeführten Luft-Brennstoff-Gemisches zu erzeugen. Die Regelanordnung enthält eine Beurteilungsschaltung zum Beurteilen des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers, eine Integrationsschaltung, die mit der Beurteilungsschaltung verbunden ist, eine Antriebs schaltung zum Erzeugen von Rechteckwellenimpulsen aus dem Ausgangssignal der Integrationsschaltung und ein Auf-Zu-Elektromagnetventil zum Korrigieren des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches. Die Regelanordnung arbeitet, um zu beurteilen, ob das Rück- kopplungssignal von dem Sauerstoffühler höher oder niedriger als ein vorbestimmter Bezugswert entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis ist, um ein Fehle/signal zum Betätigen des Auf-Zu-Elektromagnetventiis zu erzeugen und dadurch das

Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches zu regeln.

Eine solche Rückkopplungsregelanordnung führt aufgrund der Verzögerung des Sauerstoffühlers beim Ansprechen Eigenschwingungen aus. Das durch das Auf-Zu-Elektromagnetventil korrigierte Gemisch wird in den Zylinder des Motors eingeführt und strömt durch den Ansaugkanal und wird darin verbrann«, woraufhin es zu dem Abgaskanal abgegeben wird. Zu der Zeit, zu der der Sauerstoffühler den Sauerstoffgehalt der Abgase auf der Basis des korrigierten Gemisches feststellt, hat der Korrigiervorgang mit dem Auf-Zu-Elektromagnetventil den gewünschten Punkt Überschwüngen. Als Ergebnis wird ein durch das Überschwingen verursachtes fettes oder mageres Gemisch in den Motor eingeführt und die Abweichung wird durch den Sauerstoffüh- ler festgestellt. Auf diese Weise wird ein Korrigiervorgang in der entgegengesetzten Richtung eingeleitet. Nach dieser Schwingung des Regelbetriebs konvergiert die Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches zu dem stöchiometrischen Verhältnis. Die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches wird deshalb auf das stöchiometrische Verhältnis mit einiger Verzögerung korrigiert. Die gewünschte Verringerung der schädlichen Bestandteile kann folglich nicht ausgeführt werden.

Andererseits hat sich herausgestellt, daß, wenn der Dreiwegekatalysator den Abgasen ausgesetzt wird, deren Verhältnis der Bestandteile periodisch von einem mittleren Abgasbestandteilverhältnis in einer geeigneten Periode abweicht, der Katalysator aktiviert werden kann, um die Emissionsverringerungswirkung zu vergrößern.

Bekannt ist auch ein Vergaser für Kraftfahrzeugmotor zur Verwendung mit einem elektronischen Regelkreis für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Zuführung eines angemessenen Luft/Kraftstoff-Gemisches zu einem Verbrennungsmotor (DE-OS 26 03 858). Dieser bekannte Vergaser weist einen Sauerstoffsensor zum Messen der Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen auf, dessen elektrisches Ausgangssignal an den Ein- gang eines Differenzsignal-Generators angelegt wird, der ein elektrisches Signal erzeugt, das für den Differenzwert zwischen der Größe des Signals des Sauerstoffsensors und eines Bezugssignals repräsentativ ist. Das Ausgangssignal des Differenzsignal-Generators wird auf den Eingang eines Reglers gegeben, dessen Ausgangssignal und das Ausgangssignal eines Zittersignalgenerators an einen Impulsgenerator angelegt wird, dessen impulsbreitenmodulier:es Ausgangssignal ein

elektromagnetisches Absperrorgan betätigt

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Regelanordnung zu schaffen, bei der das geregelte Ausgangssignal mit einem Muster schwingt, das derart ist, daß die Richtung der Abweichung von dem gewünschten Wert bestimmt werden kann, wodurch diß Abweichung von dem gewünschten Wert schnell korrigiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Weiterbildungen der Erfindung iind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wird somit der Pegel des Impulsgeneratorsignals verringert oder erhöht, wenn ein Signal, das durch die Beurteilungsschaltung beurteilt worden ist, dieselbe Periode wie das Impulsgeneratorsignal hat

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der ist

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Luft-Brennstoff-Regelanordnung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der EMK des Sauerstoffühlers als Funktion des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des durch einen Vergaser zugeführten Gemisches,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer elektronischen Regelanordnung nach der Erfindung,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkdi und der Periode des Normsignals,

F i g. 5 eine Darstellung eines Beispiels des Zittersignals,

Fig.6A und B Darstellungen der Beziehung zwischen den Pegeln des Zittersignals und dem Antriebssignal,

F i g. 7 eine Darstellung des Zittersignals,

Fig.8 bis 10 Darstellungen der Beziehung zwischen der Abweichung des Zittersignals und des Ausgangssignals einer Musterbeurteilungsschaltung,

F i g. 11 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 ein Schaltbild eines Beispiels der elektronisehen Schaltung des Systems und

Fig. 13 eine Darstellung von Wellenformen an verschiedenen Stellen in F i g. 12.

Gemäß Fi g. 1 ist der Vergaser 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 verbunden. Der Vergaser enthält eine Schwimmerkammer 3, ein Venturirohr 4 in dem Ansaugkanal, eine Düse 5, die mit der Schwimmerkammer 3 über einen Hauptbrennstoffkanal 6 in Verbindung steht, und eine Leerlauföffnung 10, die nahe einem Drosselventil 9 angeordnet ist und mit der Schwimmerkammer über einen Leerlaufbrennstoffkanal 11 in Verbindung steht. Luftkorrigierkanäle 8 und 13 sind jeweils parallel zu einer Hauptluftöffnung 7 und einer Leerlaufluftöffnung 12 vorgesehen. Auf-Zu-Elektromagnetventile i4 und 15 sind für die Luftkorrigierkanäle 8 und 13 vorgesehen. Die Einlaßöffnung jedes Auf-Zu-Elektromagnetventils steht mit der Atmosphäre über einen Luftfilter 16 in Verbindung. Ein Sauerstoffühler 19 ist in einer Abgasleitung 17 zum Bestimmen des Sauerstoffgehalts der Abgase von dem Motor 2 angeordnet. Ein katalytischer Dreiwegkonverter 18 ist in der Abgasleitung 17 stromabwärts des Sauerstoffühlers 19 vorgesehen.

Die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 19 ändert sich steil bei dem Abgasverhältnis nahe dem stöchiometrischcn Luft-Brennstoff-Verhältnis des durch den Vergaser zugeführten Gemisches, siehe Fig. 2, so daß es möglich ist festzustellen, ob das Luft-Brennstoff-Gemisch in dem Ansaugkanal reicher oder magerer als das stöchiometrische Verhältnis ist, indem die Spannung des Sauerstoffühlers 19 festgestellt wird. Das Ausgangssignal das Fühlers 19 wird einem elektronischen Regelsystem 20 zum Regeln der Auf-Zu-Elektromagnetventi-Ie 14 und 15 zugeführt.

Gemäß F i g. 3 hat das elektronische Regelsystem eine Zittersignalerzeugungsschakung 21 zum Erzeugen eines Zittersignals (a) in F i g. 7 und 5. Das Zittersignal (a) wird einer Antriebsschaltung 24 Ober eine Verschiebungsregelschaltung 22, die nachfolgend beschrieben wird, und einen Amplitudenregelkreis 23 zugeführt, wobei die Antriebsschaltung, die in den Ansprüchen auch mit Betätigungseinrichtung bezeichnet wird, die Auf-Zu-Elektromagnetventile 14 und 15 antreibt Wie F i g. 5 und 7 zeigen, hat das Zittersignal (a) eine Spannungswellenform, in der ein Muster in Zyklen wiederholt wird. Ein Zyklus des Musters enthält ein Paar hoher Bergabschnitte a und c, einen niedrigen Bergabschnitt e, ein Paar tiefer Talabschnitte dund fund einen flachen Talabschnitt b. Die Höhe P des hohen Bergabschnitts von der Mittellinie O ist gleich der Tiefe DP des tiefen Talabschnitts von der Mittellinie O. Die Tiefe des flachen Talabschnitts b von der Mittellinie O ist beispielsweise die Hälfte der Tiefe DP des tiefen Talabschnitts.

Die Antriebsschaltung 24 erzeugt Antriebsimpulse, siehe Fig.6A, in Abhängigkeit von der Eingangsschaltung mit dem Zittermuster (a). Wie F i g. 6A zeigt, bewirkt eine höhere Spannung entsprechend dem Berg des Zittersignals einen Antriebsimpuls dp mit einer großen Breite, d. h. ein großes Impulsnennverhältnis, und eine niedrigere Spannung vl entsprechend dem Tal des Zittersignals bewirkt einen schmalen Nennimpuls pn mit einem geringen Impulsnennverhältnis. Die Elektromagnetventile 14 und 15 werden deshalb durch die Antriebsimpulse der F i g. 6A in Abhängigkeit von der Spannung des Zittersignals ^betätigt. Wenn die Ventile durch den Impuls mit großer Breite betätigt werden, wird ein mageres Gemisch erzeugt, da mehr Luft eintritt. Der schmale Impuls ergibt ein fettes Gemisch. Die Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des durch den Vergaser zugeführten Gemisches hat deshalb dasselbe Zittermuster.

Fig. 7(a) zeigt die Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches mit dem Zittermuster.

Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches mit der Zitterwelle der F i g. 7(a) von der Linie S des stöchiometrischen Verhältnisses zur mageren Seite zu abweicht, siehe F i g. 7(a), ändert sich die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 17, der die Abgase entsprechend dem Gemisch bestimmt, so, wie es in Fig. 7(b) gezeigt ist.

Da das niedrige Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches entsprechend dem niedrigen Bergabschnitt e des Zittermusters in Fig. 7(a) unter der Linie Sdes stöchiometrischen Verhältnisses liegt, erzeugt der Sauerstoffühler keine Ausgangsspannung für den Abschnitt e. Die Wellenform der F i g. 7(b) hat somit keinen Wellenabschnitt entsprechend dem Abschnitt e. Die Ausgangsspannung enthält jedoch Störungen dS 1 und dS2, die durch von dem Motor erzeugtes Rauschen verursacht werden. Die Ausgangsspannung (b) des Sauerstoffühlers wird an die Störungsbeseitigungsschaltung 27 mit einer Differentiationsschaltung über einen Komparator 27a angelegt. Die Schaltung 27 differenziert die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 19, um das Signal zu erzeugen, das in F i g. 7(c) gezeigt ist.

Eine Normperiodenschaltung 25 ist zum Erzeugen

eines Normperiodenimpulszuges vorgesehen. Die Phase der Impulse von der Schaltung 25 wird durch eine Verzögerungsschaltung 30 eingestellt, um mit der Phase des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers zusammenzufallen, die auch der Phase des Zittersignals entspricht. Dieser eingestellte Normperiodenimpulszug ist in F i g. 7(d) gezeigt. Das Signal der F i g. 7(c) wird mit dem eingestellten Normperiodenimpulszug verglichen, so daß die Störungen dSi und dS2 beseitigt werden, wie F i g. 7(e) zeigt.

Das Signal der F i g. 7(e) wird einer Beurteilungsschaltung 28 zugeführt. Die Beurteilungsschaltung erzeugt ein Rechteckausgangssignal, siehe Fig. 7(f)durch Triggern mit dem Signal der F i g. 7(e).

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

F i g. 9 zeigt ein Beispiel des Beurteilungssignais /'von der Schaltung 28, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches sich beim stöchiometrischen Wert befindet. Vergleiche hierzu das entsprechende Zittersignal (a), wenn die Mittellinie O zu der stöchiometrischen Linie S verschoben worden ist. Das Beurteilungssignal enthält Impulse a' bis /', von denen jeder dieselbe Impulsbreite aufweist.

F i g. 10 zeigt ein weiteres Beispiel des Beurteiiungssignals /", wenn das Luft-Brennstoff-Gemisch nach der fetten Seite abweicht. Vergleiche hierzu das entsprechende Zittersignal (a), wenn die Mittellinie O zu der stöchiometrischen Linie S verschoben worden ist. Das Beurteilungssignal /"enthält einen breiten Abschnitt d', e\ F mit hohem Pegel. Wenn die Bergabschnitte des Zittersignals, das dem Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemischs 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 so angelegt, daß das Zittersignal (a) verschoben wird, das von der Zittersignalerzeugungsschaltung 21 in Abhängigkeit davon zugeführt wird, d. h. in Abhängigkeit von der festgestellten Abweichung der Abgase, die wiederum abhängig von dem Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches in dem Ansaugkanal ist

F i g. 8 zeigt ein Beispiel der Änderung der Abweichung des Zittermusters des Gemisches und der Änderung des Ausgangssignals (F i g. 7f) der Beurteilungsschaltung 28. Unter der Annahme, daß das Zittermuster A vollständig von dem stöchiometrischen Verhältnis nach der fetten Seite abweicht, wird das Ausgangssignal A' mit hohem Pegel ohne den Talabschnitt erzeugt In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal Λ'wird nun das Zittersignal von der Schaltung 21 nach der 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 zu angeordnet ist wird ein Ausgangssignal B' mit hohem Pegel erzeugt Auf diese Weise wird das nächste Zittersignal, das von der Schaltung 21 erzeugt wird, 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' vervollstäns digtist

Wenn die Mittellinie O des Zittermusters des Gemisches mit dem stöchiometrischen Verhältnis zusammenfällt, d. h. die Signale Coder die Mittellinie in dem Bereich zwischen dem niedrigen Bergabschnitt e(Fig.5) und dem flachen Talabschnitt b angeordnet sind, werden gleichförmige Impulse erzeugt. Die Erzeugung eines gleichförmigen Ausgangsimpulses zeigt somit die Tatsache an, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis, das wirksam durch den Sauerstoffühler festgestellt worden ist, etwa gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist. Auf diese Weise erzeugt die Verschiebesignalerzeugungsschaltung 29 nicht das Ausgangssignal, wenn ein gleichförmiger Eingangsimpuls auftritt

Die Amplitudenregelschaltung 23 arbeitet andererseits, um die Amplitude des Zittersignals (a) aufgrund des gleichförmigen Impulssignals von der Beurteilungsschaltung 28 zu verringern. Die Amplitude wird demgemäß so verringert, wie es durch den Pfeil LJ in F i g. 8 gezeigt ist Durch Verringerung der Amplitude des Zittersignals kann das Pendeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches weiter innerhalb eines schmalen Bereichs nahe zu dem stöchiometrischen Verhältnis konvergieren. Auf diese Weise kann die Verringerung der Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses ausgeführt werden.

F i g. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Erfindung bei einem Motor angewendet wird, der mit einem Brennstoffinjektionssystem versehen ist Ein Brennstoffinjektor 34 ist an dem Ansaugkrümmer 33 stromabwärts eines 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 verbunden, die das Regelsystem 20 der F i g. 3 aufweist Der Sauerstoff fühier 19 und der Geschwindigkeitsfühler 26 sind zum Regeln des Regelsystems 20 vorgesehen. In diesem System wird der Brennstoffinjektor 34 durch das Zittersignal in derselben Weise wie bei der vorangehenden Ausführungsform betätigt, wodurch eine wirksame Emissionsregelung ausgeführt werden kann.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel der elektronischen Schaltung des Systems. Die Beurteilungsschaltung 28 enthält einen D-J K-Flip-Flop 40. Der Geschwindigkeitsfühler

so 26 enthält eine Zündspule 41 und einen Verteilerkontakt 42. Fig. 13 zeigt Weüenfonnen an verschiedenen Stellen in Fig. 12, wobei die Wellenformen Wi bis VVIO 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 gesteuerte Ausgangssignal, d. h. die Prozeßgröße, veranlaßt wird, durch das Zittersignal in einem Muster zu schwingen, so daß das notwendige minimale Fehlersi-

gnal erzeugt werden kann. Eine Änderung des Ausgangssignals kann somit schnell zu dem gewünschten Wert konvergieren. Andere Zittersignale mit einem unterschiedlichen Muster als das dargestellte Signal können auch verwendet werden. Wenn ein anderer Fühler als der 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 bei dem Normpegel steil geändert werden kann.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoff-Verhältnisses mit einem Vergaser für Verbrennungsmotor, mit einem Dreiwegkatalysator zur Reduzierung der schädlichen Abgaskomponenten im Abgaskanal, mit einer Meßeinrichtung zum Messen der Abgaskonzentration im Abgaskanal, deren elektrisches Ausgangssignal an den Eingang einer Beurteilungseinrichtung angelegt ist, die aus dem elektrischen Ausgangssignal und einem Referenzsignal ein Beurteilungssignal erzeugt, welches auf den Eingang einer Verschiebungssignalerzeugungsschaltung geführt ist, deren Ausgangssignal und das Ausgangssignal eines Impulsgenerators an den Eingang einer Antriebseinrichtung angelegt sind, deren impulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal ein Ein-Aus-Elektromagnetventil betätigt, dadurch gekennzeichnet,