DE3108580A1

DE3108580A1 - Steuersystem fuer das kraftstoff-luftverhaeltnis einer verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3108580A1
Application number: DE19813108580
Authority: DE
Inventors: Fujio Musashino Tokyo Matsui; Masaaki Ohgami
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-03-07
Filing date: 1981-03-06
Publication date: 1981-12-24
Also published as: GB2071363A; GB2071363B; FR2477636A1; FR2477636B1; US4375796A; JPS56126650A; DE3108580C2; JPS6321019B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern des Kraftstoff-Luftverhältnisses eines Emissionssteuersystems mit einem Dreiwegekatalysator einer Verbrennungskraftmaschine und bezieht sich insbesondere auf ein System, mit dem das Kraftstoff-Luftverhältnls auf einen Wert reguliert wird, der dem stöchiometrisehen Kraftstoff-Luftverhältnis nahe ist, damit der Dreiwegekatalysator wirksam genutzt werden kann.

Ein solches System ist ein Rückkopplungssteuersystem, bei dem ein Op-Meßfühler vorgesehen ist, der den Sauerstoffgehalt des Abgases wahrnimmt und ein elektrisches Signal als Anzeige des Kraftstoff-Luftverhältnisses des von einem Vergaser zugeführten Kraftstoff-Luftgemisches erzeugt. Das Steuersystem weist eine Vergleichsschaltung auf, die das Ausgangssignal des Sauerstoffmeßfühlers mit einem vorherbestimmten Wert vergleicht, eine Integrationsschaltung, die mit der Vergleichsschaltung verbunden ist, eine Antriebsschaltung, die anhand des Ausgangssignals der Integrationsschaltung Rechteckwellenimpulse erzeugt, und ein elektromagnetisches EIN-AUS-Ventil zur Korrektur des Kraft-6toff-Luftverhältnisses des Gemisches. Das Steuersystem stellt fest, ob das Rückkopplungssignal des Op-Meßfühlers höher oder niedriger ist als ein vorherbestimmter, dem stöchiometrisehen Kraftstoff-Luftverhältnis entsprechender Bezugswert und erzeugt ein Fehlersignal zum Betätigen des elektromagnetischen EIN-AUS-Ventile, um auf diese Weise das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches zu steuern·

Bei dem in Fig. la und Ib gezeigten herkömmlichen System schwankt die Ausgangswellenform P₁ des Og-Meßfühlers von der maximalen Ausgangsspannung desselben zur minimalen Ausgangsspannung, da die Og-Konzentration im Abgas dem maximalen und minimalen Ausgang entsprechende Werte wegen der Steuerungsverzögerung des Steuersystems überschreitet. Wie Fig. la zeigt, schwankt die Ausgangsspannung des Og-Meßfühlers stark an einer Bezugsspannung V_ß, die der von Abgasen verursachten Ausgangsspannung entspricht, wenn ein Gemisch mit stöchiometrischem

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Kraftstoff-Luftverhältnis (St) dem Motor zugeführt und verbrannt wird. Deshalb ist davon auszugehen, daß ein Mittelwert M zwischen dem maximalen und minimalen Wert in jedem Zyklus der Ausgangswellenform des Og-Meßfühlers konstant ist und im wesentlichen der Bezugsspannung V_ß entspricht, die das stöchi©metrische Kraftstoff-Luftverhältnis wiedergibt. Im herkömmlichen System wird also der Mittelwert M als Bezugswert der Vergleichssohaltung herangezogen, um das Kraftstoff-Luftverhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches zu beurteilen.

In der deutschen Patentanmeldung P 30 29 312.0 hingegen ist ein System offenbart, mit dem die Steuerungsverzögerung beim herkömmlichen System verbessert werden soll und bei dem ein elektromagnetisches EIN-AUS-Ventil durch ein Zittersignal von hoher Frequenz und kleiner Amplitude betätigt wird. Der Mittelwert Jedes Zyklus der Ausgangswellenform Pp des Og-Meßfühlers in Abhängigkeit vom Zittersignal D eignet sich jedoch nicht zur Benutzung als Bezugswert, weil der Mittelwert der Ausgangswellenform des Og-Meßfühlers nicht immer mit der dem stöchiometrischen Wert entsprechenden Bezugsspannung V_R zusammenfällt, wie Fig. Ib zeigt. Deshalb kann der Mittelwert nicht als Bezugswert herangezogen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoff-LuftVerhältnis-Steuersystem zu schaffen, mit dem das Kraftstoff-Luftverhältnis ohne Verwendung eines Bezugswertes auf das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis eingestellt wird, wodurch das Kraftstoff -Luftverhältnis exakt auf das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis steuerbar ist.

Gemäß der Erfindung 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 Kraftstoff-Luftgemisches, einer Schaltung, die ein periodisches Zitter-

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signal erzeugt, einer Verschiebesteuerschaltung, die das Niveau der Mitte des Zittersignals verschiebt, einer Antriebsschaltung, die einen Antriebsausgang für das elektromagnetische EIN-AUS-Ventil erzeugt, und mit einem Og-Meßfühler, der die Sauerstoffkonzentration in den durch das Abgasrohr strömenden Abgasen feststellt. Das System zeichnet sich aus durch eine erste Schaltung, die einen Mittelwert zwischen dem maximalen und minimalen Wert der Ausgangsspannung des Og-Meflfühlers in jedem Zyklus feststellt, eine zweite Schaltung, die einen Mittelwert zwischen einer Fläche eines oberen Bereichs, der von der oberhalb eines vorherbestimmten Bezugswertes liegenden Wellenlinie begrenzt ist und der Fläche eines unteren Bereichs feststellt, der von der Wellenlinie unterhalb des vorherbestimmten Bezugswertes begrenzt ist, und durch eine ein Versehiebesignal erzeugende Schaltung, die den Ausgang der ersten und zweiten Schaltung vergleicht und ein Verschiebesignal entsprechend der Differenz erzeugt. Dabei ist die Verschiebesteuerschaltung so ausgelegt, daß sie das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches in solcher Richtung steuert, daß die Differenz verringert wird.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig.la und b graphische Darstellungen des Ausgangssignals des O₂-MeBfühlersι

Fig. 2 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Systemsj

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer elektronischen Steuerschaltung des Systems)

Fig. k- eine graphische Darstellung von Ausgangswellenformen des 0₂-Meßfühlers|

Fig. 5 ein Beispiel des Verhältnisses zwischen dem Ausgang einer Vergleichsschaltung und dem Verschieben eines Zittersignals;

Fig. 6 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Zittersignal und der Betätigung eines Ventils;

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Betriebs des erfindungsgemäßen Sy stemsι

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Pig. 8 ein Beispiel einer elektronischen Steuerschaltung.

Das Prinzip der Erfindung soll anhand von Fig. 4 näher erläutert werden, die die Ausgangswellenform des Og-Meßfühlers zeigt, wenn das Niveau der Ausgangsspannung niedriger ist als die Bezugsspannung V_R, was bedeutet, daß dem Motor ein mageres Kraftstoff-Luftgemisch zugeführt wird. Wegen der niedrigeren Ausgangsspannung ist der Boden der Wellenform aufgrund der Charakteristik des Og-Meßfühlera auf eine niedrige Spannung begrenzt. Deshalb unterscheidet sich in jedem Zyklus die Gestalt einer oberen Hälfte der Wellenform von einer unteren Hälfte derselben. Eine Bezugslinie M₁ gibt den Mittelwert der Höhe der Welle an, während Mg den Mittelwert der Fläche angibt, die die Welle in zwei gleiche Flächenbereiche A und B teilt. Wenn der Mittelwert zwischen der maximalen und der minimalen Spannung jedes Zyklus der Ausgangswellenform mit der Bezugsspannung Vp zusammenfiele, wäre die Fläche des Bereichs oberhalb der die mittlere Höhe angebenden Bezugslinie M₁ jedes Zyklus gleich der Fläche des unteren Bereichs derselben.

Gemäß der Erfindung wird das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches so gesteuert, daß der Wellenhohenmittelwert M, dem Wellenflächenmittelwert M₂ gleich sein kann.

Wie Fig. 2 zeigt, steht ein Vergaser 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 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 Nebenentlüftung 12 sind Luftkorrekturleitungen 8 bzw. 13 vorgesehen, denen elektromagnetische EIN-AUS-Ventile 14 bzw. 15 zugeordnet sind. Die Einlaßöffnungen der beiden elektromagnetischen EIN-AUS-Ventile Ik₉ 15 sind über einen Luftfilter oder Luftreiniger 16 mit der Umgebung verbun-

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den. In einem mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Abgasrohr 17 ist ein Og-Meßfühler 19 angeordnet, der den Sauerstoffgehalt der Abgase wahrnimmt. Hinter dem 0₂-Me3fühle_* ist im Abgasrohr 17 ein katalytischer Dreiwege-Konverter 18 angeordnet. Das Ausgangssignal des Og-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 Kraftstoffluftgemisehes.

In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Steuerschaltung 20 gezeigt. Der Ausgang des 0₂-Meßfühlers 19 liegt an einer Wellenhöhenmittelwert-Detektorschaltung 22 und einer Wellenflächenmittelwert-Detektorschaltung 23 an. Die Wellenhöhenmittelwert-Detektorschaltung 22 ist geeignet, den Mittelwert zwischen der maximalen und minimalen Ausgangsspannung des Og-Meßfühlers 19 zu ermitteln. Die Wellenflächenmittelwert-Detektorschaltung 23 ist geeignet, den Mittelwert zwischen der Fläche des von der Wellenlinie begrenzten, oberhalb eines vorherbestimmten Bezugsniveaus liegenden Bereichs, z.B. oberhalb des Wellenhöhenmittelwerts M-, liegenden Bereichs und der Fläche des von der Wellenlinie begrenzten und unterhalb des Bezugsniveaus liegenden Bereichs festzustellen. Die Ausgänge beider Detektorschaltungen 22 und 23 liegen an einer ein Verschiebesignal erzeugenden Vergleichsschaltung 25 an, die geeignet ist, ein Verschiebesignal in Abhängigkeit vom Unterschied zwischen den Ausgängen der Detektorschaltungen 22, 23 zu erzeugen, um die Mitte der Zittersignalwelle zu verschieben. Der Ausgang der das Verschiebesignal erzeugenden Vergleichsschaltung 25 liegt an einer Verschiebesteuerschaltung 26 an, die die Mitte des von einer ein Zittersignal erzeugenden Schaltung erzeugten Zittersignals in Abhängigkeit vom Ausgang der das Verschiebesignal erzeugenden Vergleichsschaltung 25 verschiebt. Der Ausgang der Verschiebesteuerschaltung 26 liegt an den elektromagnetischen EIN-AUS-Ventilen 14 und 15 über eine Antriebsschaltung 28 an, die die Ventile Ik und 15 im Sinne einer Steuerung des Kraftstoff-Luftverhältnisses des Gemisches be-

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tätigt. Gemäß der Erfindung bewirkt die Verschiebesteuerschaltung 26 eine Verschiebung der Mitte des Zittersignals in soloher Richtung» daß die Differenz (D) zwischen den Ausgängen der DetektorSchaltungen 22 und 23 verringert wird. Dadurch läßt sich das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches auf das stöohiometrlsohe Kraftstoff-Luftverhältnis einstellen.

Für den Fall, daß wegen eines Fehlers der Charakteristik des O^-Meßfühlers ein Unterschied zwischen dem gesteuerten Kraftstoff-Luftverhältnis und dem stÖOhiometrisehen Kraftstoff-Luft verhältnis besteht, wird das Verschiebesignal entsprechend einer geeigneten Funktion moduliert. In Fig. 5 ist ein Beispiel für das Modulieren des Versohiebesignalβ gezeigt.

Fig. 6 zeigt das Verhältnis zwischen dem Verschieben des Zittersignals und dem Einschaltverhältnis des elektromagnetischen Ventils. Ist der Pegel des Zittersignals niedrig, so ist das Einschal tverhältnis klein, z.B. 20 %. Die linke Hälfte in Fig. 6 zeigt den Zustand, wenn das Zittersignal zur niedrigen Seite hin abweicht, während die rechte Hälfte das Zittersignal auf höherem Niveau betrifft. Aus Fig. 6 ist zu entnehmen, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches durch Verschieben des Zittersignale gesteuert wird.

Im Falle eines Motors, bei dem die Abgase eine große Menge CO und geringe Mengen NQx und HC enthalten, sollte das System so arbeiten, daß der CO-Gehalt ausreichend verringert wird. Es ist bekannt, daß es zur Verringerung des CO- statt des NOx- und HC-Qehaltes wirksam ist, das Kraftstoff-Luftverhältnis geringfügig zur mageren Seite im Verhältnis zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis einzustellen. Andererseits ist es in manchen Fällen bevorzugt, das Kraftstoff-Luftverhältnis zur fetten Seite hin einzustellen. Beim erfindungsgemäßen System ist es einfach, das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches nach der einen oder anderen Seite hin zu verschieben. Fig. 7 zeigt ein Beispiel für Steuerung zur mageren Seite. Die in den Abgasen eingeschlossene ZitterSchwankung X schwankt um einen

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Wert zentriert, der dem stöchiometrlschen Wert entspricht. Der Ausgang des O₂-HeBfühlers ist durch X' gekennzeichnet. Bezugszeiohen Y bezeichnet eine auf mager gesteuerte Zitterschwankung, und Y' gibt den Ausgang des Og-Meßfühlers an.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Steuerschaltung gemäß der Erfindung, "bei dem die den In Fig. 3 verwendeten Bauelementen entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

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Claims

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Pa tentansprüo he

f1./ Steuersystem für das Kraftstoff-Luftverhältnis einer

^Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal, einem Abgasrohr, einer Kraftstoffluftgemiaoh-Zufuhreinrichtung, einem elektromagnetischen EIN-AUS-Ventil zur Korrektur des Kraftstoff -Luftverhältnisses des von der Kraftstoffluftgemisch-Zufuhr einrichtung zugeführten Kraftstoffluftgemisehes, einer Schaltung, die ein periodisches Zittersignal erzeugt, einer Verschiebesteuerschaltung, die das Niveau der Mitte des Zittersignals verschiebt, einer Antriebssohaltung, die einen Antriebsausgang für das elektromagnetische EIN-AUS-Ventil erzeugt, und einem Og-Meßfühler, der die Sauerstoffkonzentration in den durch das Abgasrohr strömenden Abgasen feststellt, ge kennzeichne t durch eine erste Schaltung, die einen Mittelwert zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der AusgangsSpannung des Og-Meßfühlers in jedem Zyklus feststellt, eine zweite Schaltung, die einen Mittelwert zwischen einer Fläche eines von der Wellenlinie oberhalb eines vorherbestimmten Bezugswertes begrenzten Bereichs und einer Fläche eines von der Wellenlinie unterhalb des vorherbestimmten Bezugswertes begrenzten unteren Bereichs feststellt, und eine ein Verschiebesignal erzeugende Schaltung, die die Ausgänge der ersten und zweiten Schaltung vergleicht und entsprechend der Differenz ein Verschiebesignal erzeugt, wobei die Verschie.besteuerschaltung das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches in solcher Richtung steuert, daß die Differenz verringert wird.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der vorherbestimmte Bezugswert ein von der ersten Schaltung festgestellter Mittelwert ist.

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