DE2251167B2 - Einrichtung zur Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Einrichtung zur Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer Integralverhalten aufweisenden und eine Integriereinrichtung enthaltenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (Λ-Regelung), wobei die Regeleinrichtung durch eine dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzte Abgas-Meßsonde gesteuert wird. Soll bei einer Brennkraftmaschine das Massenverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abgases beeinflußt werden, so geschieht dies z. B. durch die DE-OS 2010 793 in bekannter Weise mit Hilfe einer im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angebrachten Abgas-Meßsonde und mit einer Regeleinrichtung, die abhängig vom Ausgangssignal der Abgas-Meßsonde eine entsprechende Vergrößerung bzw. Verringerung der augenblicklich zugegebenen Kraftstoffmenge zu der zugeführten Luftmenge bewirkt Es ist bekannt, daß sich diese Veränderung deö Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches sowohl bei mit Vergasern ausgerüsteten Brennkraftmaschinen als auch bei mit Einspritzanlagen versehenen Brennkraftmaschinen vornehmen läßt. Die verwendeten Regeleinrichtungen zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches haben vorzugsweise Integralverhalten, so daß bei länger währender Abweichung des Sollwertes der Abgaszusammensetzung eine immer stärkere Korrektur des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgenommen wiro. Die bekannten Regeleinrichtungen mit Integralverhalten haben jedoch den Nachteil, daß unabhängig von der Motordrehzahl die gleiche Zeitkonstante des Integralreglers wirksam ist. Da die Hauptverzögerung des Regelkreises aus Abgas-Meßsonde, Regeleinrichtung und Stellglied zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Totzeit des Gemischdurchiaufs durch die Brennkraftmaschine hervorgerufen wird, muß das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das eine bereits veränderte Zusammensetzung hat, erst die vier Arbeitstakte der Brennkraftmaschine durchlaufen, bevor die Abgas-Meßsonde im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine eine Veränderung der Zusammensetzung des Abgases feststellen kann. Wird z. B. bei einer mittleren Drehzahl der Brennkraftmaschine die Integrationszeitkonstante der Regeleinrichtung optimiert, so wird bei einer niedrigeren Drehzahl der Brennkraftmaschine infolge der längeren Laufzeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Brennkraftmaschine die Integration des Reglers zu schnell erfolgen, damit
:« wird aber das Massenverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches in zu großem Maße korrigiert und es kommt dadurch zu einer unerwünscht großen Abweichung vom Sollwert in der anderen Richtung. Umgekehrt reagiert bei höheren Drehzahlen der Regler zu langsam und der
κ gewünschte Sollwert wird nur langsam erreicht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen zu schaffen, mit derer. Hilfe es möglich ist, eine schnelle
ω und genaue Nachregelung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erreichen. Dabei soll die Nachregelung bei allen Drehzahlen der Brennkraftmaschine äußerst genau erfolgen.
i)5 Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ein Taktsignal erzeugt, durch das die Integrierein-
richtung derart steuerbar ist, daß in einem vorgegebenen Takt ein stufenweises Integrieren der Integriereinrichtung erfolgt Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Abgasentgiftung,
F i g. 2 eine Einrichtung zur stufenweisen Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches einer Brennkraftmaschine und
Fig.3 einen Impulsplan zur Erläuterung der Anordnungen nach F i g. 1 und 2.
In F i g. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, der eine Kraftstoff-Aufbereitungseinrichtung il zugeordnet ist Die Kraftstoff-Aufbereitungseinrichtung 11 dient dazu, der Brennkraftmaschine 10 eine bestimmte Menge eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zuzumessen. Im Abgasstrom, der von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßen wird, ist eine Abgas-Meßsonde 12 angeordnet, die ein von der Zusammensetzung des Abgases abhängiges Ausgangssignal liefert. Dieses Ausgangssignai der Abgas-Meßsonde »2 ist an eine Regeleinrichtung 13 angelegt, deren Ausgangssignai die Kraftstoff-Aufbereitungseinrichtung so beeinflußt, daß das Massenverhältnis des der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung beeinflußt wird, und zwar so, daß ein Minimum an schädlichen Anteilen des Abgases ausgestoßen wird. Die Regeleinrichtung 13, die Integral verhalten aufweist, beeinflußt die Kraftstoff-Aufbereitungseinrichtung dabei stufenweise, wobei der Takt dieser Stufen durch ein die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 charakterisierendes Signal bestimmt ist. Dieses drehzahlabhängige Signal kann beispielsweise aus der Zündanlage der Brennkraftmaschine gewonnen werden. Es kann aber auch beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzeinrichtung ein den Einspritzvorgang auslösendes elektrisches Signal Verwendung finden. Durch diese stufenweise Integration wird erreicht, daß unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine der Regler je Arbeitstakt eine bestimmte Verstellung des Massenver- w hältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches vornimmt. Dadurch ändert sich die Integrationszeitkonstante der Regeleinrichtung also automatisch und paßt sich dabei der augenblicklichen Drehzahl der Brennkraftmaschine an. Dies geschieht praktisch ohne Verzögerung. Die Amplitude der verbleibenden Regelschwingung wird damit für jede Drehzahl der Brennkraftmaschine annähernd gleich bleiben, so daß der Regelkreis ohne größere Schwierigkeiten optimiert werden kann.
In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Regelein- so richtung dargestellt, die dazu dient, die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches stufenweise vorzunehmen, wobei der Takt der stufenweisen Veränderung durch ein drehzahlabhängiges Signal erzeugt wird. Die Regeleinrichtung weist einen Schwellwertschalter 14, eine Schalteinrichtung 15 und einen Regelverstärker 16 auf. Der Schwellwertschalter 14 hat einen Operationsverstärker 17, an dessen ersten Eingang eine Schwellenspannung angelegt ist, die durch einen Spannungsteiler erzeugt wird, wobei der Spannungsteiler ein zwischen eine Pluszuleitung 18 und eine Minuszuleitung 19 geschalteter Widerstand 20 ist, dessen Abgriff an den Eingang des Operationsverstärkers 17 angeschlossen ist. Mit einem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 17 ist die Abgas-Meßsonde 12 verbunden. In Fig. 3a ist der Verlauf der Ausgangsspannung der Abgas-Meßsonde 12 über der Zeit f aufgetragen. Mit unterbrochenen Linien ist die mit Hilfe des Widerstandes 20 eingestellte Schwellenspannung eingezeichnet. Überschreitet die Ausgangsspannung der Abgas-Meßsonde 12 die Schweüenspannung, so nimmt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers den in Fig.3b bei 21 angedeuteten Wert an, und liegt die Sondenspannung unterhalb der Schwellenspannung, dann liegt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 17 auf dem in Fig. 3b bei 22 angedeuteten Wert.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 17 des Schwellwertschalters 14 ist über einen Widerstand 23 mit den Basen zweier Transistoren 24 und 25 verbunden. Die Transistoren 24 und 25 sind Bestandteil der Schalteinrichtung 15, die weiterhin einen Schalttransistor 26 aufweist Die Bezugselektrode des Schalttransistors 26 ist mit dem Abgriff eines Spannungsteilers aus Widerständen 27 und 28 verbunden, wobei der Widerstand 27 einseitig an die Pluszuleitung 18 und der Widerstand 28 einseitig an die Minuszuleitung 19 angeschlossen ist Die Ausgangselektrode des Schalttransistors 26 ist mit den Basen der Transistoren 24 und 25 verbunden. Die Emitter der Transistoren 24 und 25 sind an je einen Abgriff eines Spannungsteilers angelegt, dei Widerstände 29,30 und 31 aufweist. Der Widerstand 29 ist dabei mit der Pluszuleitung 18 und der Widerstand 31 mit der Minuszuleitung 19 verbunden. Der Emitter des Transistors 24 ist an den Verbindungspunkt der Widerstände 29 und 30 und der Emitter des Transistors 25 an den Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 31 angeschlossen. Die Kollektoren der beiden Transistoren 24 und 25 sind untereinander verbunden und über einen Widerstand 32 an einen ersten Eingang eines zu dem Regelverstärker 16 gehörenden Operationsverstärkers 33 angeschlossen. Der Operationsverstärker 33 weist zwischen seinem Ausgang und seinem ersten Eingang einen Integrierkondensator 34 auf, der dem Regelverstärker 16 Integraiverhalten gibt. An den zweiten Eingang des Operationsverstärkers 33 ist der Abgriff des Spannungsteilers aus den Widerständen 27 und 28 angeschlossen. Am Ausgang des Operationsverstärkers 33 ist eine Korrekturspannung abzunehmen, die zur Beeinflussung der Kraftstoff-Aufbereitungsanlage dient. Beispielsweise kann mit dieser Spannung ein Stellglied verändert werden, das einen Vergaser so beeinflußt, daß das Massenverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches verändert wird. Das Stellglied kann aber auch ein einfacher Widerstand sein, der in einem elektronischen Steuergerät einer elektronisch gesteuerten Benzineinspritzeinrichtung angeordnet ist. Durch Veränderung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33 kann damit beispielsweise die Öffnungsdauer der Einspritzventile und damit die Kraftstoffmenge des Krafstoff-Luft-Gemisches für die Brennkraftmaschine 10 geändert werden kann.
Der Schalttransistor 26 der Schalteinrichtung 15 wird über einen Widerstand 35 von einer monostabilen Kippstufe 36 angesteuert. Diese monostabile Kippstufe 36 wird von einem Taktsignal ausgelöst, das beispielsweise aus einem Zündsignai einer Zündanlage der Brennkraftmaschine 10 oder aus Einspritzimpulsen der Brennkraftmaschine 10 gewonnen werden kann. Die Taktimpulse, die der monostabilen Kippstufe 36 zugeführt werden, sind in Fig. 3c dargestellt. Die dazugehörigen Ausgangsimpulse der monostabilen Kippstufe zeigt F i g. 3d. und das entsprechende Ausgangssignal am Ausgang des Operationsverstärkers 33 zur stufenweisen Korrektur des Massenverhältnisces des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-
Luft-Gemisches ist in F i g. 3e dargestellt.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltanordnung ist folgende. Es soll angenommen werden, daß der Transistor 26 zunächst sperrt, weil die Ausgangsspannung am Ausgang der monostabilen Kippstufe 36 kleiner ist als die über dem Widerstand 28 und damit an dem Emitter des Schalttransistors 26 anliegende Spannung. Liegt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 17 auf dem in Fig. 3b bei 21 angedeuteten Wert, ist also positiv, dann ist der Transistor 24 über die Kollektor-Basis-Diode leitend und über den Widerstand 32 fließt ein Strom zu dem ersten Eingang des Operationsverstärkers 33. Wegen der Rückkopplung des Ausgangssignales des Operationsverstärkers 33 über den Integrierkondensator 34 auf den ersten Eingang des Operationsverstärkers 33 erfolgt eine lineare Änderung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33. Wird jetzt der Schalttransistor 26 durch Änderung des Ausgangssignales der monostabilen Kippstufe 36 leitend gemacht, so wird die Basisspannung der Transistoren 24 und 25 auf einen Wert eingestellt, der in der Mitte zwischen den beiden jeweiligen Emitterspannungen liegt. Dadurch werden die beiden Transistoren 24 und 25 gesperrt. Infolgedessen fließt über den Widerstand 32 kein Strom mehr zu dem Eingang des Operationsverstärkers 33 und der Integrationsvorgang wird unterbrochen, so daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33 so lange auf dem gerade erreichten Wert stehen bleibt, bis durch das Sperren des Schalttransistors 26 wieder einer der beiden Transistoren 24 bzw. 25 leitend werden kann. Dadurch wird in der einen oder anderen Richtung weiter integriert, so daß das Korrektursignal am Ausgang des Operationsverstärkers 33 weiter anwächst oder fällt. Das Umsteuern des Schalttransistors 26 in den leitenden bzw. nichtleitenden Zustand wird, wie
ίο bereits angedeutet, durch eine monostabile Kippstufe gesteuert, die von einem Taktgeber, beispielsweise der Zündeinrichtung der Brennkraftmaschine 10 angesteuert wird. Jedes Taktsignal, beispielsweise jedes Zündsignal oder jeder Einspritzinipuls, löst die monostabile Kippstufe aus, so daß die Kippstufe jeweils einen Impuls bestimmter Dauer auf die Basis des Schalttransistors 26 gibt. Damit kann der eben beschriebene Integrationsprozeß in der gewünschten Sfufenform ablaufen. Mit der Ausgangsspannung des Regelverstärkers 16 bzw. des Operationsverstärkers 33 wird dann die gewünschte Korrektur des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches durchgeführt, wobei dies beispielsweise durch proportionales Verlängern oder Verkürzen von Einspritzimpulsen von elektronisch gesteuerten Benzineinspritzeinrichtungen oder durch proportionales Verändern eines Düsenquerschnittes in Vergasern von Brennkraftmaschinen erfolgen kann.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer Integralverhalten aufweisenden und eine Integriereinrichtung enthaltenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (λ-Regelung), wobei die Regeleinrichtung durch eine dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzte Abgas-Meßsonde gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (36) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ein Taktsignal erzeugt, durch das die Integriereinrichtung (16) derart steuerbar ist, daß in einem vorgegebenen Takt ein stufenweises Integrieren der "ntegriereinrichtung erfolgt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasmeßsonde (12) an einen Schwellwertschalter (14) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal über eine von der Steuereinrichtung (36) gesteuerte Schalteinrichtung (15) an die Integriereinrichtung (16) angelegt ist, die mit einem das Massenverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches ändernden Stellglied verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (36) aus einer monostabilen Kippstufe besteht, die von Signalen auslösbar ist, die von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (10) abhängig sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Integriervorganges durch ein Steuersignal erfolgt, das synchron zu einem Einspritzsignal von einem Steuergerät einer elektronisch gesteuerten Benzineinspritzeinrichtung abgegeben wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Integriervorganges durch das Steuersignal der Steuereinrichtung der elektronisch gesteuerten Benzineinspritzeinrichtung bestimmt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang der monostabilen Kippstufe (36) die Steuerelektrode eines Schalttransistors (26) verbunden ist, der den Schaltzustand von zwei Transistoren (24, 25) beeinflußt, deren Steuerelektroden mit dem Ausgang des Schwellwertschalters (14) und dessen Ausgangselektroden mit einem Eingang eines als Integriereinrichtung (16) geschalteten Regelverstärkers (33) verbunden sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektroden der Transistoren (24, 25) mit einem drei Widerstände (29, 30, 31) aufweisenden Spannungsteiler verbunden sind, wobei die Bezugselektrode des ersten Transistors (24) an den Verbindungspunkt des ersten (29) und zweiten Widerstandes (30) und die Bezugselektrode des zweiten Transistors (25) an den Verbändungspunkt des zweiten (30) und dritten Widerstandes (31) angeschlossen ist.
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