DE3108577C2

DE3108577C2 - Regelsystem für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3108577C2
Application number: DE3108577A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Musashino Tokio/Tokyo Ohgami
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-03-07
Filing date: 1981-03-06
Publication date: 1985-05-02
Also published as: US4402293A; JPS6360216B2; FR2477638A1; DE3108577A1; GB2071361A; JPS56126647A; GB2071361B; FR2477638B1

Abstract

Es wird ein Steuersystem für das Kraftstoff-Luftverhältnis einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal, einem Abgasrohr, einer Kraftstoffluftgemisch-Zufuhreinrichtung, einem elektromagnetischen EIN-AUS-Ventil zur Korrektur des Kraftstoff-Luftverhältnisses des von der Kraftstoffluftgemisch-Zufuhreinrichtung zugeführten Kraftstoffluftgemisches, einer Schaltung zum Erzeugen eines periodischen Zittersignals mit einem Muster, einer Verschiebesteuerschaltung zum Verschieben des Niveaus der Mitte des Zittersignals, einer Antriebsschaltung zum Erzeugen eines Antriebsausgangs entsprechend dem Zittersignal und einem O ↓2-Meßfühler zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration in den durch das Abgasrohr strömenden Abgasen geschaffen. Zu dem Steuersystem gehört eine Einrichtung zum Feststellen des Übergangszustands des Motorbetriebs und eine Steuerschaltung mit einer an den O ↓2-Meßfühler angeschlossenen Integrationsschaltung und einer Schaltung zum Erzeugen von Rechteckwellenimpulsen entsprechend dem Integrationsausgang der Integrationsschaltung zum Antrieb des elektromagnetischen Ventils. Außerdem ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, die anhand des Ausgangssignals der den Übergangszustand wahrnehmenden Einrichtung den Schaltkreis vom O ↓2-Meßfühler zur Antriebsschaltung über die Steuerschaltung schließt und den Schaltkreis vom O ↓2-Meßfühler zur Antriebsschaltung über die Verschiebesteuerschaltung unterbricht. Während eines Übergangszustandes wird also das ...................

Description

Bei einem Regelsystem für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis einer Brennkraftmaschine handelt es sich um ein Rückkopplungsregelsystem, bei dem ein Sauerstoffmeßfühler vorgesehen ist, der den Sauerstoffgehalt der Abgase feststellt und ein elektrisches Signal als Anzeige des Kraftstoff-Luftverhältnisses des von einem Vergaser gelieferten Kraftstoff-Luftgemisches erzeugt. Zu dem Regelsystem gehört eine Vergleichsschaltung, die das Ausgangssignal des Sauerstoffmeßfühlers mit einem vorherbestimmten Wert vergleicht, eine Proportionalitäts- und Integrationsschaltung, die mit der Vergleichsschaltung verbunden ist, eine Antriebsschaltung, die anhand des Ausgangssignais der Proportionalitäts- und Integrationsschaltung Rechteckwellenimpulse erzeugt, und ein elektromagnetisches EIN-AUS-Ventil zur Korrektur des Kraftstoff-Luftverhältnisses des Gemisches. Das Regelsystem beurteilt, ob das Rückkopplungssignal des Sauerstoffmeßfühlers höher oder niedriger ist als ein vorherbestimmter, dem stöchiomelrischen Kraftstoff-Lufivcrhälinis entsprechender Bezugswert, um ein Fchlcrsignul zu erzeugen, welches das elektromagnetische E!N-AUS-Ventil betätigt, damit auf diese Weise das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches geregelt

werden kann.

Ein solches Rückkopplungsregelsystem spricht von Natur aus langsam an, da sich eine Verzögerung aus der Feststellzeit des Sauerstoff meßfühlers ergibt. Im einzelnen wird das vom elektromagnetischen EIN-AUS-Ventil korrigierte Gemisch in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingeführt, wobei es durch den Einlaßkanal strömt, und dann verbrannt wird, um anschließend an das Abgasrohr abgegeben zu werden. Zu dem Zeiipunkt, zu dem der Sauerstoffmeßfühler den Sauerstoffgehalt der Abgase auf der Basis des korrigierten Gemisches feststellt, hat der korrigierende Eingriff mit Hilfe des elektromagnetischen EI N-AUS-Ventils den gewünschten Punkt bereits Überschwüngen. Infolgedessen wird dem Motor ein fettes oder mageres Gemisch aufgrund dieser Oberschwingung zugeführt, und die Abweichung wird dann vom Sauerstoffmeßfühler festgestellt Damit wird ein korrigierender Eingriff in der entgegengesetzten Richtung ausgelöst. Nach diesen Ausschlagen der Regelbetätigung konvergiert die Schwankung des Kraftstoff-Luftverhältnisses des Gemisches allmählich zum stöchiometrischen Verhältnis. Die Abweichung des Kraftstoff-Luftverhältnisses des Gemisches vom stöchiometrischen Verhältnis wird also mit gewisser Verzögerung auf das stöchiometrische Verhältnis korrigiert.

Wenn die Schaltkreiskonstante (Verstärkung) der Proportionalitäts- und Integrationsschaltung herabgesetzt wird, kann das Überschießen bei eingeschwungenem Zustand des Motorbetriebs verringert werden. Allerdings erfolgt die Regelung nicht ausreichend im Übergangszustand, wie bei Beschleunigung oder Verzögerung.

F i g. 3A bis 3C zeigen Ausgangswellenformen der Proportionalitäts- und Integrationsschaltung, die jeweils im Übergangszustand um »S« verschoben sind, und Fig.4A bis 4C zeigen Ausgangswellenformen des Sauerstoff meßfühlers entsprechend Fig. 3A bis 3C. In F i g. 3A ist die Wellenform eines herkömmlichen Regelsystems gezeigt, F i g. 3B zeigt die Wellenform eines Systems, bei dem die Verstärkung der Proportionalitätsund Integrationsschaltung verringert ist. Die Ansprechzeit Tb gemäß F i g. 3B ist langer als die Ansprechzeit T₁ in Fig.3A. Beim System gemäß Fig.3C ist nur die Verstärkung der Integrationsschaltung erhöht. Die Ansprechzeit Tc ist geringer als die Ansprechzeit Ta.

Wird die Verstärkung der Schaltung verringert, so erhöht sich die Ansprechzeit, wie F i g. 3B /.cigt. Die Regelung wird also verzögert. Wenn andererseits die Verstärkung der Schaltung erhöht wird, kann das die Ansprechzeit verringern, wie Fi g. 3C zeigt. Allerdings besteht dann die Gefahr eines Überschwingens der Rcgelbetätigung.

In der deutschen Patentanmeldung P 30 29 312.0 ist ein System offenbart, mit dem die Regelverzögerung eines herkömmlichen Systems verbessert werden soll. Dabei wird die Schwingungsmitte eines vom Sauersioffmeßfühlers festgestellten Zitterwellensignal.s entsprechend der Abweichung des Ausgangssignals des Sauer-

bo Stoffmeßfühlers verschoben, um das Kraftstoff-l.ufl-Verhälmis zu korrigieren. Wird jedoch der Motor rasch beschleunigt oder verlangsamt, so verzögert sich selbst bei diesem System der Korrekturbetrieb.

Es ist auch eine Gcmischregclvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der durch einen Detektor der Übergangszusland des Motorbctriebs festgestellt wird und mittels des Ausgangssignals des Detektors in einer Regelschaltung mit einem Proportional-

H und Integralregler für eine bestimmte Zeitdauer ein hoff herer Proportionalitätsfaktor geliefert wird (DE-OS Ui 26 48 791).

Ef Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regel-

i| system für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis einer Brenn- |§ kraftmaschine zu schaffen, mit dem das Kraftstoff-Luftjä; Verhältnis schnell auf das stöchiometrische Kraftstoff- -S Luft-Verhältnis e'Egestellt werden kann. Gelöst wird Bg diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch Ü angegeben.

Il Die Erfindung schafft ein Regelsystem, mit dem das

ß; Kraftstoff-Luft-Verhältnis im eingeschwungenen Zu- ?i stand durch das Zittersignal und im Übergangszustand H durch das Integrationssteuersignal gesteuert wird.
fe Im folgenden wird die Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Systems; F i g. 2 ein Blockschaltbild der elektronischen Steuerschaltung des Systems;

F i g. 3A bis 3D Ausgangswellenformen einer Proportionalitäts- und Integrationsschaltung in elektronischen Steuerschaltungen;

Fig.4A bis 4D Ausgangswellenformen des Sauerstoffmeßfühlers;

F i g. 5 ein Schaltbild der elektronischen Steuerschaltung.

Wie F i g. 1 zeigt, steht ein Vergaser 1 mit einer Brennkraftmaschine 2 in Verbindung. Zum Vergaser 1 gehört eine Schwimmerkammer 3, eine in einem Ansaugkanal gebildete Verengung 4, eine mit der Schwimmerkammer 3 über eine Hauptkraftstoffleitung 6 in Verbindung stehende Düse 5, sowie eine in der Nähe einer Drosselklappe 9 im Ansaugkanal vorgesehene Nebenöffnung 10, die mit der Schwimmerkammer 3 durch eine Nebenkraftstoffleitung 11 in Verbindung steht. Parallel zu einer Hauptentlüftung 7 und einer Nebcncntlüftung 12 sind Luftkorrekturleitungen 8 bzw. 13 vorgesehen, denen elektromagnetische EIN-AUS-Ventile 14 bzw. 15 zugeordnet sind. Die Einlaßöffnungen der beiden clcktromagntischen EIN-AUS-Ventile 14, 15 sind über einen Luftfilter oder Luftreiniger 16 mit der Umgebung verbunden. In einem mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Abgasrohr 17 ist ein O.-Meßiühler 19 angeordnet, der den Sauerstoffgehalt der Abgase wahrnimmt. Hinter dem 02-MeßfühIey ist im Abgasrohr 17 ein katalytischer Dreiwege-Konverter

18 angeordnet. Das Ausgangssignal des O2-Meßfühlers

19 liegt an einer elektronischen Steuerschaltung 20 eines elektronischen Steuersystems an. Die elektronische Steuerschaltung 20 bewirkt eine Korrektur des Kraftstoff-Luftverhältnisses des vom Vergaser 1 gelieferten Kraftstoffluftgemisches.

F i g. 2 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Steuerschaltung 20.

Der Ausgang des Sauerstoffmeßfühlers 19 ist an eine den Betriebszustand feststellende Detektorschaltung 21 und an einen Umschaltkreis 22 angeschlossen.

Eine Steuerschaltung 24 weist eine Proportionalitätsund Integrationsschaltung mit großer Verstärkung und eine mit der Proportionalitäts- und Integrationsschaltung verbundene Schaltung zum Erzeugen von Rechtcckwellcnimpulsen auf. Die Steuerschaltung 24 ist so ausgelegt, daß sich d\*. Impulsbreite der erzeugten Rechteckwellenimpulse in Abhängigkeit vom Ausgang der Proportionaütäts- und Integrationsschaltung ändert. Der Ausgang einer ein Zi'tersignal erzeugenden Schaltung 25 ist an eine Verschiebesteuerschaltung 23 angeschlossen. Die Schaltung 25 erzeugt eine Impulsreihe, die ein konstantes Zitterwellenmuster aufweist Der Ausgang der Steuerschaltung 24 und der Verschiebesteuerschaltung 23 liegt über eine Antriebsschaltung 26 an den elektromagnetischen Ventilen 14 und 15 an. Das Tastverhältnis der Antriebsimpulse der Antriebsschaltung 26 schwankt in Abhängigkeit vom Niveau des Ausgangssignals der Steuerschaltung 24 oder vom Niveau

ίο des Zittersignals, welches die Schaltung 25 liefert, um auf diese Weise das Kraftstoff-Luftverhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches auf den stöchiometrischen Wert zu korrigieren.

Gemäß Fig.4D schwankt das Ausgangssignal des OrMeßfühlers periodisch bei eingeschwungenem Zustand des Motorbetriebs, wenn die elektromagnetischen Ventile 14 und 15 vom Zittersignal betätigt werden. Im Übergangszustand jedoch schwankt das Ausgangssignal nicht wie gezeigt Die Detektorschaltung 21 stellt die Ausgangswellenform des Oj-Meä'iihlers 19 beim Übergangszustand fest, wenn sie eine groke Breite hat, wie F i g. 4D zeigt, wodurch eine Unterscheidung zwischen dem Übergangszustand und dem eingeschwungenen Zustand ermöglicht ist. Die Feststellung kann z. B.

so durchgeführt werden, daß die Breite der Ausgangswellenform wahrgenommen wird. Das Ausgangssignal der Detektorschaltung 21 bewirkt dann, daß der Umschaltkreis 22 die Verbindung zwischen dem Cb-Meßfühler 19 und den Schaltungen 24 bzw. 23 ändert. Bei eingeschwungenem Zustand ist der OrMeßfühler 19 über den Umschaltkreis 22 an die Verschiebesteuerschaltung 23 angeschlossen, während der beim Übergangszustand gleichfalls über den Umschaltkreis 22 mit der Steuerschaltung 24 verbunden ist.

Bei eingeschwungenem Zustand liegt das Ausgangssignal des O2-Meßfühlers an der Verschiebesteuerschaltung 23 an. Wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas von einem dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luhverhältnis entsprechenden, vorherbestimmten Wert abweicl·:, wird die Wellenform des Ausgangs des Oi-Meßfühlers verformt. Fig.4D zeigt die Ausgangswellenform, wobei die linke Seite der verformten Welle entspricht, die bedeutet, daß der Ausgang des OrMeßfühlers zur mageren Seite abweicht. Die Ver»chiebesieuerschaltung 23 stellt diese Verformung der Ausgangswellenform fest, um die Abweichung zu bestimmen und verschiebt das von der Schaltung 25 gelieferte Zittersignal in Abhängigkeit von der Abweichung des wahrgenommenen Signals. Das verschobene Zittersignal wird über die Antriebsschaltung 26 an die elektromagnetischen Ventile 14 und 15 angelegt, so daß das Kraftstoff-Luftve^r!iältnis des Gemisches auf das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis reguliert werden kann.
Wenn von der Detektorschaltung 21 eine übergangszustand wahrgenommen wird, liegt das Ausgangssignal des O₂-Meßfühlers 19 über den Umschaltkreis 22 an der Steuerschaltung 24 an. Die eine große Verstärkung aufweisende Steuerschaltung 24 erzeugt ein Integrationssteuersignal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des OrMeßfühlers, so daß eine große Abweichung des Ausgangssignals bei einem Übergangszustand rasch korrigiert werden kann. Das Integrationssteuersignal ist in F i g. 3D durch die Welle während der Zeitspanne T₀ gezeigt. Das Integraiionssteuersignal wird zu einem Rechteckwellenimpuls geändert und den elektromagnetischen Ventilen 14 und 15 über die Antriebsschaltung 26 zugeleitet. Folglich kann die Abweichung des Kraftstoff-Luftvei hältnisses rascher auf das stöchiometrische

Kraftstoff-Luftverhältnis korrigiert werden als mit den bekannten Steuerungen gemäß F i g. 3A, 3B und 3C.

Die Fig. 3A bis 3D und Fig. 4A bis 4D zeigen die Steuerung eines mageren Kraftstoff-Luftverhältnisses auf das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis; aber auch von der fetten Seite her kann die Steuerung ähnlich durchgeführt werden.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel der elektronischen Steuerschaltung, in der die den Bauelementen gemäß Fig. 2 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Der Umschaltkreis 22 liegt anders als beim Schaltkreis gemäß F i g. 2 zwischen den Schaltungen 23 und 24 und der Antriebsschaltung 26.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen '5

20

25

30

35

40

45

60

Claims

Patentansprüche:

1. Regelsystem für das Kraftstoff- Luft-Verhältnis einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugkanal, einem Abgasrohr, einer Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhreinrichtung, einem elektromagnetischen EIN-AUS-Ventil zur Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des von der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhreinrichtung zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches, einer ein periodisches Zittersignal mit einem Muster erzeugenden Schaltung, einer Verschiebesteuerschaltung zum Verschieben des Niveaus der Mitte des Zittcrsignals in Abhängigkeit von der durch einer- Sauerstoffmeßfühler festgestellten Sauerstoffkonzentration, einer Antriebsschaltung zum Erzeugen eines Antriebssignals für das elektromagnetische EI N-AUS-Ventil und einem Sauerstoffmeßfühler Ziivi Feststellen der Sauerstoffkonzentration der duref! das Abgasrohr strömenden Abgase, gekennzeichnet durch eine Detektorschaltung (21), die eine Laständerung der Brennkraftmaschine anhand der vom Sauerstoffmeßfühler (19) wahrgenommenen Wellenform des Zittersignals feststellt, durch eine Steuerschaltung (24) mit einer Integrationsschaltung, die trennbar mit dem Sauerstoffmeßfühler verbunden ist, durch eine Antriebsschaltung (26), die entsprechend dem Ausgangssignal de.r Integrationsschaltung zum Antrieb des elektromagne('sehen Ventils (14,15) Rechtwellenimpulse erzeugt, und durch einen Umschaltkreis (22), der einen Kieis vom Sauerstoirmeßfühler zur Antriebsschaltung (26) über die Steuerschaltung (24) schließt und einen Kreis vom Snuerstoffmeßfühler zur Steuerschaltung (24) über die Verschiebesteuerschaltung (23) unterbricht anhand des eine Laständerung zeigenden Ausgangssignals der Detektorschaltung (21).

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsschaltung der Steuerschaltung (24) eine große Verstärkung hat.