DE3108580C2

DE3108580C2 - Regelsystem für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3108580C2
Application number: DE3108580A
Authority: DE
Inventors: Fujio Musashino Tokio/Tokyo Matsui; Masaaki 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: JPS6321019B2; FR2477636B1; DE3108580A1; US4375796A; GB2071363A; FR2477636A1; JPS56126650A; GB2071363B

Abstract

Zu einem Steuersystem für das Kraftstoff-Luftverhältnis einer Verbrennungskraftmaschine gehört ein Ansaugkanal, ein Abgasrohr, eine Kraftstoffluftgemisch-Zufuhreinrichtung, ein elektromagnetisches EIN-AUS-Ventil zur Korrektur des Kraftstoff-Luftverhältnisses des von der Kraftstoffluftgemisch-Zufuhreinrichtung zugeführten Kraftstoffluftgemisches, eine Schaltung, die ein periodisches Zittersignal erzeugt, eine Verschiebesteuerschaltung, die das Niveau der Mitte des Zittersignals verschiebt, eine Antriebsschaltung, die einen Antriebsausgang für das elektromagnetische EIN-AUS-Ventil erzeugt, und ein O ↓2-Meßfühler, der die Sauerstoffkonzentration in den durch das Abgasrohr strömenden Abgasen feststellt. Dabei ist eine erste Schaltung vorgesehen, die einen Mittelwert zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Ausgangsspannung des O ↓2-Meßfühlers in jedem Zyklus feststellt, und eine zweite Schaltung, die einen Mittelwert zwischen der Fläche eines von der Wellenlinie begrenzten oberen Bereichs oberhalb eines vorherbestimmten Bezugswertes und der Fläche eines von der Wellenlinie begrenzten unteren Bereichs unterhalb des vorherbestimmten Bezugswerts feststellt. Eine ein Verschiebesignal erzeugende Schaltung ist vorgesehen, um die Ausgänge der ersten und zweiten Schaltung zu vergleichen und ein der Differenz entsprechendes Verschiebesignal zu erzeugen. Die Verschiebesteuerschaltung ist so ausgelegt, daß sie das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches in solcher Richtung steuert,

Description

Ventils;

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Betriebs des erfindungsgemäßen Systems;

F i g. 8 ein Beispiel einer elektronischen Regelschaltung.

Das Prinzip der Erfindung soll anhand von Fig.4 näher erläutert werden, die die Ausgangswellenform des 02-Meßfühlers zeigt, wenn das Niveau der Ausgangsspannung niedriger ist als die Bezugsspannung Vr, was bedeutet, daß dem Motor ein mageres Kraftstoff-Luftgemisch zugeführt wird. Wegen der niedrigeren Ausgangsspannung ist der Boden der Wellenform aufgrund der Charakteristik des CVMeßfühlers 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 M\ gibt den Mittelwert der Höhe der Welle an, während Mi 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 Ausgangs'vellenform mit der Bezugsspannung Vr zusammenfiele, wäre die Fläche des Bereichs oberhalb der die mittlere Höhe angebenden Bezugslinie M\ jedes Zyklus gleich der Fläche des unteren Bereichs derselben.

Gemäß der Erfindung wird das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches so geregelt, daß der Wellenhöhenmittelwert M% dem Wellenflächenmittelwert Mi gleich sein kann.

Wie F i g. 2 zeigt, stein 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 z^r- 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-Ventiie 14, 15 sind über einen Luftfilter oder Luftreiniger 16 mit der Umgebung verbunden. In einem mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Abgasrohr 17 ist ein CVMeßfühler 19 angeordnet, der den Sauerstoffgehalt der Abgase wahrnimmt. Hinter dem 02-Meßfühler ist im Abgasrohr 17 ein katalytischer Dreiwege-Konverter

18 angeordnet. Das Ausgangssignal des 02-Meßfühlers

19 liegt an einrr elektronischen Regelschaltung 20 eines elektronischen Regelsystems an. Die elektronische Regelschaltung 20 bewirkt eine Korrektur des Kraftstoff-Luftverhältnisses des vom Vergaser 1 gelieferten Kraftsioffluftgemisches.

In Fig.3 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Regelschaltung 20 gezeigt. Der Ausgang des 02-Meßfühlers 19 liegt an einer Wellenhöhenmittelwert-Detektorschaltung 22 und einer Wellenflächenmittelwert-Detektorschaltung 23 an. Die Wellenhöhenmhtelwert-Detektorschaltung 22 ist geeignet, den Mittelwert zwischen der maximalen und minimalen Ausgangsspannung des O2-Meßfühlers 19 zu ermitteln. Die Wellenflächenmittelwert-Detekrorschaltung 23 ist geeignet, den Mittelwert zwischen der Fläche des von der Wellenlinie begrenzten, oberhalb eines iOrherbestimmten Bezugsniveaus liegenden Bereichs, z. B. oberhalb des Wellenhöhenmiitelwertes 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 Zittersignalweile zu verschieben. Der Ausgang der das Verschiebesignal erzeugenden Vergleichs-

jo schaltung 25 liegt an einer Verschieberegelschaltung 26 an, die die Mitte des von einer ein Zittersignal erzeugenden Schaltung 27 erzeugten Zittersignals in Abhängigkeit vom Ausgang der das Verschiebesignal erzeugenden Vergleichsschaltung 25 verschiebt Der Ausgang der Verschieberegelschaltung 26 liegt an den elektromagnetischen EI N-AUS-Ventilen 14 und 15 über eine Antriebsschaltung 28 an, die die Ventile 14 und 15 im Sinne einer Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses des Gemisches betätigt Gemäß der Erfindung bewirkt die Verschieberegelschaltung 26 eine Verschiebung der Mitte des Zittersignals in solcher 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 stöchiometritche Kraftstoff-Luftverhältnis einstellen.

Für den Fall, daß wegen eines Fehlers der Charakteristik des O2-Meßfühlers ein Unterschied zwischen dem geregelten Kraftstoff-Luftverhältnis und dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis besteht, wird das Verschiebesignal entsprechend einer geeigneten Funktion moduliert. In F i g. 5 ist ein Beispiel für das Modulieren des Verschiebesignals gezeigt.

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

Im Falle eines Motors, bei dem die Abgase eine große Menge CO und geringe Mengen NOx una HC enibaiten, 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-Gehaites 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.

F i g. 7 zeigt ein Beispiel für die Regelung zur mageren Seite. Die in den Abgasen eingeschlossene Zitterschwankung X schwa.ikt zentrisch um einen Wert, der dem stöchiometrischen Wert entspricht. Das Ausgangssignal des 02-Meßfühlers ist durch X' gekennzeichnet. Bezugszeichen Y bezeichnet eine auf mager geregelte Zitterschwankung, und Y' gibt das Ausgangssignal des O2-Meßfühlersan.

F i g. 8 zeigt ein Beispisl einer elektronischen Regelschaltung gemäß der Erfindung, bei dem die den in F i g. 3 verwendeten Bauelementen entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Regelsystem für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal, mit einem Abgaskanal (17), mit einer Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhreinrichtung (1), mit einem elektromagnetischen EIN-ÄUS-Ventil (14, 15) zur Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des von der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhreinrichtung zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches, mit einer Zktersignalerzeugungsschaltungseinrichtung (27) zum Erzeugen eines periodischen Zittersignals, mit einer Vcrschieberegelschaltungseinrichtung (26) zum Verschieben des Pegels der Mitte des Zittersignals, mit einer Antriebsschaltungseinrichtung (28), die auf das Ausgangssignal der Verschieberegelschaltungseinrichtung anspricht und ein Antriebsausgangssignal für das elektromagnetische EIN-AUS-Ventil erzeugt, und mit einem CVMeßfühler (19) zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration in den durch den Abgaskanal strömenden Abgasen, gekennzeichnet durch eine erste Schaltungseinrichtung (22) zum Feststellen eines Mittelwerts zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Ausgangsspannung des 02-Meßfühlers in jeder Periode in Abhängigkeit von der Periode des Zittersignals, durch eine zweite Schaltungseinrichtung (23) zum Feststellen eines Mittelwerts zwischen einer Fläche eines oberen ieils, der durch die Wellenlinie der Ausgangsspannung des (VMt-^iühlers über dem Mittelwert begrenzt ist, d?r durch die erste Schaltungseinrichtung festgestellt wird, und einer Fläche eines unteren Teils, der durch die Wellenlinie unter dem Mittelwert begrenzt ist, und durch eine Verschiebungssignalerzeugungsschaltungseinrichtung
(25) zum Vergleichen der Ausgangssignale der ersten und der zweiten Schaltungseinrichtungen zum Erzeugen einer Differenz als Verschiebesignal, wobei die Verschieberegelschaltungseinrichtung so ausgebildet ist, daß das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Gemisches in einer solchen Richtung geregelt wird, daß die Differenz abnimmt.

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis einer Verbrennungskraftmaschine. Dieses System dient der Emissionssteuerung mit einem Dreiwegekatalysator, wobei das Kraftstoff-Luft-Verhältnis auf einen Wert geregelt wird, der dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis nahe ist, damit der Dreiwegekatalysator wirksam genutzt werden kann.

Bei einem solchen Regelsystem ist ein O2-Meßfühler vorgesehen, der den Sauerstoffgehalt des Abgases feststellt und ein elektrisches Signal als Anzeige des Kraftstoff-Luftverhältnisses des von einem Vergaser zugeführten Kraftstoff-Luftgemisches erzeugt. Das Regelsystem 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 Kraftstoff-Luftverhältnisses des Gemisches. Das Regelsystem stellt fest, ob das Regelsignal des 02-Meßfühlers höher oder niedriger ist als ein vorherbestimmter, dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis entsprechender Bezugswert und erzeugt ein Fehlersignal zum Betätigen des elektromagnetischen ElN-AUS-Ventils, um auf diese Weise das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches zu steuern.

Bei dem in Fig. la und Ib gezeigten herkömmlichen System schwankt die Ausgangswellenform P\ des

ίο Oz-Meßfühlers von der maximalen Ausgangsspannung desselben zur minimalen Ausgangsspannung, da die (^-Konzentration im Abgas dem maximalen und minimalen Ausgangssignal entsprechende Werte wegen der Regelverzögerung des Regelsystems überschreitet. Wie Fig. la zeigt, schwankt die Ausgangsspannung des 02-Meßfühlers stark bei einer Bezugsspannung Vr, die der von Abgasen verursachten Ausgangsspannung entspricht, wenn ein Gemisch mit stöchiometrischem Kraftstoff-Luftverhältnis (St) dem Motor zugeführt und verbrannt wird. Deshalb ist davon auszugehen, daß ein Mittelwert M zwischen dem maximalen und minimalen Wert in jeder Periode der Ausgangswellenform des O2-Meßfühlers konstant ist und im wesentlichen der Bezugsspannung Vr entspricht, die das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhälfnis wiedergibt. Im herkömmlichen System wird also der Mittelwert M als Bezugswert der Vergleichsschaltung herangezogen, um das Kraftstoff-Luftverhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches zu beurteilen.

In der DE-OS 30 29 312 ist ein System offenbart, mit dem die Regelverzögerung des herkömmlichen Systems verbessert werden soll und bei dem ein elektromagnetisches EIN-AUS-Ventil durch ein Zittersignal mit hoher Frequenz und kleiner Amplitude betätigt wird. Der Mittelwert jeder Periode der Ausgangswellenform Pi des 02-Meßfühlers in Abhängigkeit vom Zittersignal D eignet sich jedoch nicht zur Benutzung als Bezugswert, weil der Mittelwert der Ausgangswellenform des 02-Meßfühlers nicht immer mit der dem stöchiometrisehen Wert entsprechenden Bezugsspannung Vr zusammenfällt, wie Fig. ib zeigt Deshalb kann der Mittelwert nicht als Bezugswert herangezogen werden.

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

so Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs.

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

Fig. la und b graphische Darstellungen des Ausgangssignals des O2-Meßfühlers;

Fig.2 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems;

Fig.3 ein Blockschaltbild einer elektronischen Regelschaltung des Systems;

Fig.4 eine graphische Darstellung von Ausgiingswellenformen des 02-Meßfühlers;

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

F i g. 6 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Zittersignal und der Betätigung eines