DE3429478A1

DE3429478A1 - Anordnung zum regeln des luft-brennstoff-verhaeltnisses eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3429478A1
Application number: DE19843429478
Authority: DE
Inventors: Kazuo Musashino Tokio/Tokyo Hara
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1983-08-11
Filing date: 1984-08-10
Publication date: 1985-02-28
Also published as: GB2144885A; GB8420145D0; US4558677A; GB2144885B; JPS6038526A

Description

5/164 ' 3 Fuji Jukogyo Κ,Κ,

Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Verbrennuηgsmotors

Priorität: 11. August 1983 Japan 58-146864

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs, die das Luft-Brennstoff-VerhäItnis eines Luft-Brennstoff-Gemisches auf einen dem stöchiometrisehen Luft-Brennstoff-Verhältnis angenäherten Wert regelt, bei dem ein Dreiwegkatalysator am wirksamsten arbeitet.

Bei einer bekannten Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis des in den Zylindern des Motors verbrannten Luft-Brennstoff-Gemisches als Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen mittels eines O^-Fühlers festgestellt, der in einer Auspuff anordnung des Motors vorgesehen ist, und es wird durch das Ausgangssignal des Op-Fühlers entschieden, ob das Luft-Brennstoff-Verhältnis fetter oder magerer als der Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis ist, womit ein Regelsignal erzeugt wird. Das Regelsignal wird einem Proportional- und Integrationskreis (PI-Kreis) zugeführt, dessen Ausgangssignal in Impulse umgesetzt wird. Die Impulse betätigen ein Elektromagnetventil zum Regeln des Luft-Brennstoff-VerhäItnisses des Gemisches. Das Luft-Brennstoff-Verhältnis wird somit auf das stöchiometrise he Luft-Brennstoff-VerhäLtnis geregelt, bei dem ein Drei wegkatalysator am wirksamsten arbeitet.

Wenn bei einer solchen Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert wird, neigt das Luft-Brennstoff-Verhältnis dazu, von dem stöchiometrisehen Luft-Brennstoff-Verhältnis abzuweichen, Qie JP-OS 51-124738 beschreibt eine Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, die mit einer Feststelleinrichtung

zum Feststellen der übergangszustände, wie einer starken Beschleunigung und Verzögerung, und zum Korrigieren eines Rückkopp I ungs rege Is i gna Is versehen ist, um das abgewichene Luft-Brennstoff-Verhältnis auf das stöchiometrisehe Luft-Brennstoff-Verhältnis zu konvergieren. Die Feststelleinrichtung enthält einen Drosselstellungsfühler oder einen Ansaugverzweigungsvakuumfühler. Diese bekannte Anordnung ist darin nachteilig, daß sich der Rückkopplungsbetrieb verzögert, wenn, das Luft-Brennstoff-Verhältnis bei übergangszuständen stark abweicht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-VerhäItnisses zu schaffen, die nicht mit einer mechanischen Übergangsfeststellvorrichtung, wie einem Drosselstellungsfühler oder einem Vakuumfühler, sondern mit einer elektrischen Feststelleinrichtung versehen ist, wodurch die Abweichung des Luft-Brennstoff-VerhäItnisses schnell auf einen geeigneten Wert in Abhängigkeit von den übergangszuständen konvergiert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-VerhäItnisses der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild der Anordnung der Erfindung,

Fig. 3 Darstellungen von Wellenformen an bestimmten Stellen der Schaltung der Fig. 2 und

Fig. 4 Darstellungen einer Wellenform eines PI-Kreises.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Vergaser, der stromaufwärts eines Motors 2 vorgesehen ist. Ein Korrekturluftkana I 8 steht in Ver-. bindung mit einer Luftöffnung 7, die in einem Hauptbrennstoffkanal 6 zwischen einer Schwimmerkammer 3 und einer Düse 5 in einem Venturirohr 4 vorgesehen ist. Ein weiterer Luftkanal 13

steht in Verbindung mit einer weiteren Luftöffnung 12, die in einem LeerLaufbrennstoffkanaL 11 vorgesehen ist, der von dem HauptbrennstoffkanaL 6 abzweigt und sich zu einer Leerlaufmündung 10 erstreckt, die sich in der Nähe eines DrosseLventiLs 9 öffnet. Die KorrekturLuftkanäLe 8 und 13 stehen mit Ein-Aus-ELektromagnetventiL en 14 und 15 in Verbindung, deren Ansaugseiten in Verbindung mit der Atmosphäre über einen Luftreiniger 16 stehen. Ein kataLytiseher Dreiwegkonverter 18 ist des weiteren in einem Auspuffrohr 17 stromabwärts des Motors vorgesehen und ein O_?-Fühler 19 ist zwischen dem Motor 2 und dem Konverter 18 vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase aLs Luft-Brennstoff-VerhäLtnis des in den Zylindern des Motors verbrannten Gemisches festzusteLLen.

Die Ausgangssignale des O_-Füh Le rs 19 werden zu einer Regelschaltung 20 gesandt, die ein Ausgangssignal erzeugt, um die Elektromagnetventile 14 und 15 zum öffnen und Schließen bei einem bestimmten Tastverhältnis zu betätigen. Somit wird eine große. Luftmenge dem Brennstoffsystem über die Korrektur I uftkanäle 8 und 13 zugeführt, wodurch ein mageres Luft-Brennstoff-Gemisch erzeugt wird, oder es wird eine kleine Luftmenge zugeführt, um das Luft-Brennstoff-Gemisch anzureichern.

Gemäß Fig. 2, welche die Ausbildung der Regelschaltung 20 zeigt, wird das AusgangssignaL des O_?-Fühlers 19 einem PI-(ProportionaL- und Integrations)-Rege Ikreis 22 über einen Komparator 21 und Analogeschalter S₁ und S- zugeführt. Das Ausgangssignal des PI-Regelkreises 22 wird an einen weiteren Komparator 24 angelegt. Der Komparator 24 vergleicht das Ausgangssignal des PI-Regelkreises 22 mit DreieckweLlenimpulsen aus einem DreieckweIlenimpuIsgenerator 23 und erzeugt RechteckweILenimpuLse als Ergebnis des Vergleichs. Die Rechteckwellenimpulse werden den ElektromagnetventiLen 14 und 15 über eine Treiberstufe 2 5 zum Betätigen der Ventile zugeführt.

Bei der Anordnung der Erfindung sind ein AntriebszustandsfeststelIkreis 26, ein Luft-Brennstoff-VerhäItnis-Abweichungsfestste11 kreis 27 und Konstantenumsetzkreis 28 vorgesehen, um die Konstanten des PI-Rege I kreises 22 umzusetzen. Der PI-Regelkreis 22 enthält einen Integrator OP₁, einen Verstärker 0P_?, einen Kondensator C, Widerstände R₁ und R, als ProportionaIkonstanteneIemente und Widerstände R_ und R.

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als Integrationskonstantenelemente. Diese Widerstände sind parallel geschaltet und mit dem Ausgangsanschluß des Komparators 21 jeweils über Analogschalter S_-. bis S, verbunden .

Der Antriebszustandsfestste11kreis 26 enthält einen Motordrehzahlfühler 30, der Impulse in Abhängigkeit von den Zündimpulsen des Motors erzeugt, einen We Ilenformungskreis 31, einen Frequenz-Spannungs(F/V)~Umsetzer 32 und einen Komparator 33. Der Komparator 33 vergleicht das Ausgangssignal des F/V-Umsetzers 32 mit einem Bezugswert und erzeugt ein hochpegeliges Ausgangssignal, wenn die Motordrehzahl niedriger als ein vorbestimmter Wert, beispielsweise 1500 U/min, ist. Das hochpegelige Ausgangssignal schaltet einen Transistor Tr₁ ein, um einen Teil des Feststellkreises 27 zu erden, um diesen unwirksam zu machen.

Der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Abweichungsfeststellkreis 27 enthält einen monostabilen Multivibrator 34 mit einem Exklusiv-ODER-VerknüpfungsgIied, der einen monostabilen Impuls ansprechend auf hohe oder niedrige Ausgangssignale des Komparators 21 erzeugt. Der Kreis 27 enthält des weiteren einen Haltekreis 35 mit einem Transistor Tr_ und einem Kondensator C₁ und einen Komparator 36.

Wenn im Betrieb die Motordrehzahl niedriger als die vorbestimmte Drehzahl ist (1500 U/min), d.h. sich der Motor im Leerlaufbetrieb befindet, erzeugt der Komparator 33 ein hochpegeliges Ausgangssignal, das den Transistor Tr₁ einschaltet. Ein Punkt (C) in dem Feststellkreis 27 wird somit geerdet, so

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daß das Ausgangssignal des Komparators sich auf einem niedrigen PegeL befindet. Das niederpegelige AusgangssignaL wird an die RegelverknüpfungsgLieder der Analogschalter S- und S, angelegt, um diesen zu öffnen, und das Ausgängssignal wird in ein hochpegeliges Signal durch einen Inverter 2 9 umgekehrt. Das hochp'egelige Signal wird den Rege I verknüpfungsg I iedern der Analogschalter S. und S-> zugeführt, um diese einzuschalten.

Im allgemeinen ändert sich das Luft-Brennstoff-Verhä Itnis zyklisch in bezug auf das stöchiometrise he Lu'f t-Brennstof f Verhältnis. Das Ausgangssignal des O_?-Fühlers 19 hat somit eine Wellenform mit konstanter Wellenlänge. Das Ausgangs signaI wird mit einem Bezugswert an dem Komparator 21 verglichen, der Impulse in Abhängigkeit von der Wellenform erzeugt, siehe Fig. 3(A). Die Impulse werden dem PI-RegeIkreis 22 über den Widerstand R_ zugeführt, so daß der PI-Regelkreis ein Ausgangssignal- mit einer Wellenform erzeugt, wie sie in der Periode t₁ der Fig. 4 gezeigt ist. Das Ausgangssignal wird in Impulse durch den Komparator 24 zum Betätigen der ELektromagnetventile 14 und 15 umgesetzt, wie oben beschrieben.

Wenn die Motordrehzahl den vorbestimmten Wert übersteigt, wird das Ausgangssignal des Komparators 33 niederpegeLig, was das Ausschalten des Transistors Tr₁ bewirkt. Somit wird der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Abweichungsfeststellkreis 27 wirksam. Wenn die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis vergleichsweise klein ist, ist der Abstand der. Impulse der Fig. 3(A) gering. Der monostabile Multivibrator 34 erzeugt Impulse (B) ansprechend auf die ins Positive gehende Spannung und die ins Negative gehende Spannung der Impulse (A). Jeder Impuls (B) schaltet den Transistor Tr- ein, was das Entladen des Kondensators C bewirkt. Da der Abstand der Impulse (B) klein ist, ist die Ladespannung am Punkt (C) kleiner als eine Betriebsspannung Vo, siehe Fig. 3(C). Das Ausgangssignal des Komparators 36 ist demgemäß ηiederpegeLig. Der oben

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beschriebene RückkoppLungsvorgang wird somit bei einer kleinen Porport ionalkonstante durch den Widerstand R₁ und einer kleinen Integrationskonstante .durch den Widerstand R-, ausgeführt. Die Proportional- und Integrationskonstanten werden so ausgewählt, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis während des stetigen Zustands des Antriebs in geeigneter Weise geregelt wird.

Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis stark von der Stöchiometrie bei starker Beschleunigung oder Verzögerung abweicht, wird die Impulsbreite des Impulses (A) aus dem Komparator 21 groß, wie während der Periode t_? in Fig. 3 gezeigt ist. Der Impulsabstand der Impulse (B) wird somit groß, so daß die Spannung (C) die Bezugs spannung Vo übersteigt. Das Ausgangssignal des Komparators 36 wird somit ein hochpegeIiges Signal, das ein Einschalten der Schalter S, und S, und ein Ausschalten der Schalter S_-. und S-, bewirkt. Durch die Widerstände R, und R, werden die Konstanten des PI-Rege I k re i ses gro(3, so daß de-PI-Rege I kreis 22 ein sich steil änderndes Ausgangssignal erzeugt, wie während der Periode t_? in Fig. 4 gezeigt ist. Die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhä I tnisses kann somit schnell auf die Stöchiometrie geregelt werden.

Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung Analogschalterelemente enthält, kann auch ein Mikrocomputersystem bei der Anordnung der Erfindung verwendet werden. Des weiteren kann die Anordnung für einen Motor mit Brennstoffeinspritzsystem verwendet werden.

Claims

Patentanwälte · European Patent Attorneys

MÜNCHEN

Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha

7-2 Nishishiηjuku 1-chome, Shinjuku-ku, Tokyo, Japan

Patentansprüche

■ 1 J Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhä Itnisses eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem Ansaugkanal, mit einer Luft-Brennstoff-Gemisch-Zuführeinrichtung, mit einem Elektromagnetventil zum Korrigieren des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Luft-Brennstoff-Gemisches, mit einem O_-Fühler zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen, mit einem ersten Komparator zum Vergleichen des Ausgangssignals des O--Fühlers mit einem Bezugswert und zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Vergleich und mit einer Rückkopplungsregelschaltung, die auf das Ausgangssignal des Komparators anspricht und ein Regelausgangssignal zum Aussteuern des Elektromagnetventi Is zum Korrigieren des Luf t-£?renns tof f-Ver hä Itni sses erzeugt, gekennzeichnet durch

einen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Abweichungsfeststellkreis, der auf das Ausgangssignal des ersten Komparators anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Komparators einen vorbestimmten Wert bei einem Übergangszustand des Antriebs des Fahrzeugs übersteigt, und

Einrichtungen, die auf das Ausgangssignal des Luft-Brennstoff-VerhäLtnis-Abweichungsfestste I Ikreises ansprechen, um die Kreiskonstanten der RückkopplungsregeI scha Itung umzusetzen, um den Betrieb der Rückkopplungsregelscha Itung zu beschleunigen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen AntriebszustandsfeststelLkreis zum Unwirksammachen des Luft-Brennstoff -VerhäLtnis-AbweichungsfeststeILkreises bei einem vorbestimmten Antriebszustand.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft-Brennstoff-Verhä Ltnis-Abweichungs festste L L kreis einen monostabilen Multivibrator, einen Kondensator, einen auf das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators ansprechenden Schalterkreis zum Entladen des Kondensators und einen zweiten Komparator zum Vergleichen der Ladespannung in dem Kondensator mit einem Bezugswert und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn die Ladespannung höher als eine Bezugsspannung ist, enthält.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopp lungs rege Ischa Itung einen Proportional- und Integrationsregelkreis, Elemente für die Proportiona I konstante und die Int egrationskonstante und Scha ltereinrichtungen enthält, die auf das Ausgangssignal des zweiten Komparators zum Umsetzen der Elemente ansprechen, um die Konstanten zu vergrößern.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebszustandsfestst el Ikreis einen auf die Zündimpulse des Motors ansprechenden Kreis zum Erzeugen eines Motordrehzahlsignals, einen Komparator zum Erzeugen eines Motorleer laufsignals, wenn das Motordrehzahlsignal niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und Einrichtungen enthält, die auf das Motor leer laufsignaI ansprechen, um den Luft-Brennstoff-Verhä 11-nis-Abweichungsfestste11kreis unwirksam zu machen.