DE2357410B2

DE2357410B2 - Einrichtung zum regeln des luft- brennstoff-verhaeltnisses bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2357410B2
Application number: DE19732357410
Authority: DE
Inventors: Junji Kariya; Endo Kunio Anjo; Harada Susumu Oobu; Sueishi Motoharu Kariya; Kawarada (Japan)
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1972-11-17
Filing date: 1973-11-16
Publication date: 1977-08-18
Also published as: DE2357410C3; DE2357410A1; JPS4972524A; US3952710A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln des Luft-Brerimstoff-Verhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Brennstoff-Luft-Gemisches gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Vorrichtungen dieser Art bekannt (DT-OS 16 097), bei denen das Luft-Brennstoff-Verhältnis in der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem Saueirstoff-Partialdnick in der Abgasleitung gesteuert wird. Dabei wird jedoch entweder nur zusätzlich Brennstoff zugeführt oder aber nur zusätzlich Luft zugeführt Daher ergibt sich der Nachteil, daß ein vorgegebenes Luft-Brennstoff-Verhältnis nur in einer Richtung nachgeregelt werden kann, so daß die Maschine von vorneherein mit einem zu brennstoffreichen oder einem zu brennstoffarmen Gemisch beschickt werden muß. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist ferner der Schaltungsaufbau relativ kompliziert und umfangreich.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt (DT-OS 22 19 073), bei dem die Betriebsbedingungen eines in die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eingesetzten katalytischen Konverters analysiert werden und gemäß dem Analyseergebnis entweder der Maschine zusätzlich Brennstoff oder dem Konverter zusätzlich Luft zugeführt wird. Durch den bei diesem Verfahren erforderlichen Konverter ist seine Anwendbarkeit stark eingeschränkt. Ferner ist der Schaltungsaufwand für die Analyse und die Steuerung sehr groß.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (DT-OS 15 26 530) wird der Brennstoffanteil des Luft-Brennstoff-Gemisches einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem in den Abgasen gemessenen Kohlenmonoxydgehalt gesteuert. Da sich jedoch der Kohlenmonoxydgehalt in den Abgasen bei einem mageren Gemisch nur sehr wenig oder gar nicht ändert, ist diese Art von Steuerung für manche Betriebszustände nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die sich durch einfachen Aufbau und hohe Genauigkeit auszeichnet und keinerlei Einschränkungen hinsichtlich des erreichbaren und steuerbaren Luft-Brennstoff-Verhältnisses unterliegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung bildet somit ein einfach aufgebautes Rückkopplungssystem, bei dem eine Gegenkopplung derart angewandt ist, daß in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal eines Sauerstoffkonzentrationsdetektors zum Ermitteln der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen der Maschine entweder bei einem fetten Gemisch Luft zugeführt oder bei einem mageren Gemisch Brennstoff eingespritzt wird, so daß auf diese Weise das Luft-Brennstoff-Verhältnis mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann, womit eine optimale Anpassung an die veränderten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erzielt wird.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung einen Impulsgenerator zum Erzeugen von Einspritzimpulsen auf, die eine Impulsbreite besitzen, die einem oder mehreren Brennkraftmaschinenparametern entspricht, wobei das Brennstoffeinspritzventil mittels dieser Einspritzimpulse des Impulsgenerators zusätzlich zur Steuerung durch die Steuervorrichtung gesteuert wird. Damit ergibt sich der Vorteil, daß die erfindungsgemäße Einrichtung in Kombination mit einem herkömmlichen elektrisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystem betrieben werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild, welches ein erstes Ausführungsbeispiel eines Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems für Brennkraftmaschinen gemäß der Erfindung veranschaulicht; und

Fig.2 zeigt ein Blockschaltbild, das ein zweites

Ausführungsbeispiel des Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems gemäß der Erfindung darstellt.

Es sei zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen, in der eine erste Ausführungsform einer Einrichtung bzw. eines Systems zum Steuern des Luft-Brennstoff-Verhältnisses gemäß der Erfindung im Prinzip veranschaulicht ist. Hierin ist mit 1 ein Sauerstoffkonzentrationsdetektor bezeichnet, der die in den Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugmotors, enthaltene Sauerstoffkonzentration ermittelt; dieser Sauerstoffkonzentrationsdetektor weist ein Metalloxyd auf, beispielsweise Zircondioxyd und Titandioxyd, so daß seine Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit der Sauerstoffkonzentration variiert. Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine Diskriminierungsschaltung für das Luft-Brennstoff-Verhältnis bezeichnet, die einen Komparator 21 zum Vergleichen des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationsdetektors 1 mit einer das Luft-Brennstoff-Verhältnis festsetzenden Spannung VR vergleicht und aufgrund dieses Vergleichs ein Auswahl-Ausgangssignal erzeugt, das »0« oder »l« ist, und zwar je nachdem, ob die Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen höher oder niedriger als eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration oder ein vorbestimintes Luft-Brennstoff-Verhältnis ist Das Bezugszeichen 3 ist einer Einspritz- bzw. Einführungs-Betätigungseinrichtung zugeordnet, die NAND-Schaltungen 31 und 32 sowie einen Inverter 33 zum Erzeugen eines die Einführung bzw. Einspritzung von Luft oder Brennstoff leitenden Betätigungssignals aufweist, so daß, je nachdem die Zuführung von Brennstoff oder die Zuführung von Luft ausgeführt werden soll, ein entsprechender Befehl in Übereinstimmung mit dem Auswahlsignal zu jeder Zeit ergeht, in der ein Probesignal an die Zuführungsbetätigungsschaltung 3 angelegt wird. Das Bezugszeichen 4 ist einer Probesignal-Erzeugungsschaltung zugeordnet die einen astabilen Multivibrator 41 zum Erzeugen von Probesignalen besitzt, die eine vorbestimmte Probeperiode haben, und welche diese Probesignale der Zuführungs-Betätigungsschaltung 3 zuführt Die Probesignal-Erzeugungsschaltung 4 kann beispielsweise einen monostabilen Multivibrator aufweisen, der mit einer ein Zündsignal erzeugenden Schaltung verbunden ist, so daß er Probesignale erzeugt, die mit den Umdrehungen der Brennkraftmaschine synchronisiert sind. Mit 5 ist eine Einspritz- bzw. Zuführungs-Steuereinrichtung bezeichnet, welche monostabile Multivibratoren 51 und 52 besitzt, so daß dann, wenn die Einspritz- bzw. Zuführungsbetätigungsschaltung 3 ein die Zuführung von Luft befehlendes Betätigungssignal erzeugt, der monostabile Multivibrator 51 zum Zwecke der Erzeugung eines Luftzuführungsimpulses getriggert wird, dessen Impulsbreite, beispielsweise in Übereinstimmung mit der auf die Brennkraftmaschine einwirkenden Last, gesteuert wird; diese Impulsbreite bestimmt die Dauer der Öffnungsperiode eines Luftzuführungsventils 61. Wenn dagegen mit dem Kommando, welches das Betätigungssignal von der Zuführungs-Betätigungsschaltung 3 darstellt die Zuführung bzw. Einspritzung von Brennstoff gefordert wird, erfolgt eine entsprechende Triggerung des monostabilen Multivibrators 52 zum Zwecke der Erzeugung von Brennstoffeinspritzimpulsen, deren Impulsbreite die Dauer der Öffnungsperiode eines Brennstoffeinspritzventils 62 bestimmt Das Bezugszeichen 7 ist einem Vergaser zugeordnet, der eine Luft-Brennstoff-Mischung gemäß der auf die Brennkraftmaschine einwirkenden Belastung erzeugt.

Die Einspritz- bzw. Zuführungsventile 61 und 62 sind stromabwärts von einem Drosselventil 71 des Vergasers 7 angebracht, und die im Vergaser 7 erzeugte Luft-Brennstoff-Mischung wird durch den Zuführungsverteiler zu den jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine verteilt so daß dadurch die Brennkraftmaschine in jedem Bereich der Charakteristik des Luft-Brennstoff-Verhältnisses mit einem vorbestimmten Luft-Brennstoff-Verhältnis betrieben wird. Mit 8 ist schließ-

ίο Hch die Brennkraftmaschine bezeichnet, während 9 das Auspuffleitungssystem darstellt.

Aufgrund des vorbeschriebenen Aufbaus ergibt sich

folgende Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels:

Wenn der im Auspuffleitungssystem 9 angebrachte

Sauerstoffkonzentrationsdetektor 1 und die Auswahlschaltung 2 für das Luft-Brennstoff-Verhältnis während eines Dauerzustands (nach Überwindung der Anlaufperiode) ein Diskriminationssignal erzeugen, das anzeigt, daß die Mischung angereichert bzw. fett ist, erzeugt die Zuführungsbetätigungs- bzw. Zuführungskomniandoschaltung 3 in Übereinstimmung mit dem Diskriminationssignal ein Betätigungs- bzw. Kommandosignal, das die Zuführung von Luft zu jeder Zeit, in der ein Probesignal von der Probesignalerzeugungsschaltung 4 ankommt, befiehlt Ansprechend auf dieses Kommandosignal erzeugt der für die Luftzuführung zuständige monostabile Multivibrator 51 einen Luftzuführungsimpuls, dessen Impulsbreite gemäß einem Parameter der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise gemäß dem Brennkraftmaschinenvakuum, bestimmt ist, wodurch das Luftzuführungsventil 61 geöffnet und infolgedessen zusätzliche Luft zugeführt wird, um das Luft-Brennstoff-Verhältnis herabzusetzen und die Mischung magerer zu machen. Da der hauptsächliche Brennstoff und die Luft vom Vergaser 7 zugeführt werden, sind in diesem Falle die vom Vergaser während des Dauerbetriebszustandes der Maschine zugeführte Luftmenge und Brennstoffmenge festgelegt und infolgedessen wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis in Proportion zur Menge der vom Luftzuführungsventil 61 zugeführten Luft herabgesetzt. Wenn das Auswahlsignal bis zu dem Zeitpunkt, in welchem das nächste Probesignal von der Zuführungskommandoschaltung 3 empfangen wird, nicht umgekehrt worden ist, wiederholt sich der gleiche Prozeß von Vorgängen, wie er vorstehend beschrieben wurde, damit auf diese Weise das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einen vorbestimmten Wert einreguliert wird.

Wenn andererseits das Auswahlsignal derart ist, daß es eine magere Mischung signalisiert, d. h., daß ein niedriges Luft-Brennstoff-Verhältnis durch den Sauerstoffkonzentrationsdetektor 1 und die Auswahlschaltung 2 für das Luft-Brennstoff-Verhältnis festgestellt wird, dann wird beim Empfang des Probesignals durch die Zuführungskommandoschaltung 3 von letzterer ansprechend auf das Auswahl- bzw. Diskriminationssignal ein Kommandosignal erzeugt, welches die Zuführung bzw. Einspritzung von Brennstoff befiehlt. Entsprechend wie im Falle der Zuführung von Luft erzeugt nun der monostabile Multivibrator 52 einen Brennstoff Zuführungsimpuls ansprechend auf das Kommandosignal, und infolgedessen öffnet das Brennstoffzuführungsbzw, -einspritzventil 62 zum Zwecke der Zuführung einer zusätzlichen Brennstoffmenge und damit zum Zwecke der Erhöhung des Brennstoffanteils des

Luft-Brennstoff-Verhältnisses.

In der oben beschriebenen Weise wird die erforderliche negative Rückkopplungssteuerung zur Regulierung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf einen vorbe-

stimmten Wert ausgeführt, indem das Luft-Brennstoff-Verhältnis durch die zusätzliche Zufuhr von Luft oder Brennstoff korrigiert wird, wobei diese zusätzliche Zuführung aufgrund einer Probenbetätigung durch das Probesignal erfolgt.

Weiterhin ist es durch Herabsetzung des Betrages der Änderung der Impulsbreite der Luft- und Brennstoffzuführungsimpulse möglich, das Luft-Brennstoff-Verhältnis während des Dauerbetriebs der Maschine mit erhöhter Genauigkeit zu steuern. Darüber hinaus ist es möglich, durch Herabsetzung der Periode der Probesignale die Folgecharakteristik und Genauigkeit der Rückkopplungssteuerung zu verbessern.

Als nächstes wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig.2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung _!5 erläutert, wobei in dieser Figur die einzelnen Komponenten, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 bezeichnet sind, identisch mit oder äquivalent zu den mit denselben Bezugszeichen versehenen Komponenten der F i g. 1 sind. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist jedem Zylinder der Maschine je ein Luftzuführungs- bzw. Brennstoff-Einspritzventil 61 bzw. 62 zugeordnet, und es werden elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzimpulse durch einen Impulsgenerator 10 erzeugt; diese letzteren Impulse besitzen eine Impulsbreite, welche verschiedenen Parametern entspricht wie beispielsweise der Umdrehungszahl der Maschine, der Maschinentemperatur und dem Vakuum bzw. Unterdruck im Eingangsverteiler bzw. in der Eingangsleitung, und diese Impulse werden den Brennstoffeinspritzventilen 62 zugeführt

Die Betriebsweise zur öffnung der Brennstoffzuführungsventile 62 mit den elektronisch gesteuerten Brennstoffzufühmngs- bzw. -einspritzimpulsen ist der gleiche wie im Falle von konventionellen elektronisch gesteuerten Brennstoffzuführungs- bzw. -einspritzsystemen. Zusätzlich zu diesem Betrieb werden die vom monostabilen Multivibrator 52 erzeugten Brennstoffeinspritzimpulse an die Brennstoffeinspritzventile 62 angelegt, und zwar unabhängig von den vom Impulsgenerator 10 herkommenden Impulsen, so daß die Brennstoffeinspritzventile 62 während einer Zeit geöffnet werden, welche der Impulsbreite des Impulssignal! vom monostabilen Multivibrator 52 entspricht.

Weiterhin ist es möglich, das Impulssignal von derr monostabilen Multivibrator 52 als Eingangssignal in der Impulsgenerator 10 einzugeben, um auf diese Weise dessen Impulssignal zu korrigieren, so daß die Brennstoffeinspritzventile 62 durch dieses korrigierte Impulssignal betätigt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Brennstoff-Luft-Gemisches, mit einem Detektor für die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen der Maschine, welcher Signale an eine aus Schaltungen zusammengesetzte Vergleichs- und Steuervorrichtung abgibt, die mindestens ein vorzugsweise elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil in der Ansaugleitung bzw. mindestens ein vorzugsweise elektromagnetisch betätigtes Luftzuführungsventil ansteuert, durch das zusätzliche Luft in die Ansaugleitung einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichs- und Steuervorrichtung zugleich beide Ventile ansteuert, indem sie eine Auswahlschaltung (2) aufweist, die die Detektorsignale mit einem einem vorbestimmten Luft-Brennstoff-Verhältnis zugeordneten Wert -turn Zweck der Weitergabe oder Unterdrückung der Detektorsignale vergleicht, weiterhin eine Schaltung

(4) zum Erzeugen von Probesignalen, die eine vorbestimmte Frequenz besitzen, und schließlich eine Kommandoschaltung (3) zum Erzeugen eines Kommandosignals jeweils beim Empfang eines Probesignals, wobei die Kommandosignale abhängig von der Weitergabe bzw. Unterdrückung der Detektorsignale das Luftzuführungsventil (61) bzw. das Brennstoffeinspritzventil (62) ansteuern.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen Impulsgenerator (10) zum Erzeugeini von Einspritzimpulsen aufweist, welche eine Impulsbreite besitzen, die einem oder mehreren Brennkraftmaschinenparametern entspricht, wodurch das Brennstoffeinspritzventil (62) mittels des Einspritzimpulses von dem Impulsgenerator (10) zusätdich zur Steuerung durch die Steuervorrichtung (5) gesteuert wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Vergaser (7), in oder an dem Luftzuführungs- und Brennstoffeinspntzventile stromabwärts von einem Drosselventil (71) des Vergasers angebracht sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommandoschaltung (3) eine Logikschaltung aufweist, deren Eingang mit der Auswahlschaltung (2) und mit dem Probesignalgeneral or (4) verbunden ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung

(5) ein Paar Multivibratoren (51, 52) aufweist, von denen je einer mit dem Luftzuführventil (61) und dem Brennstoffeinspritzventil (62) verbunden ist.