DE2652725A1

DE2652725A1 - Steuereinrichtung zur steuerung eines luft-brennstoff-verhaeltnisses

Info

Publication number: DE2652725A1
Application number: DE19762652725
Authority: DE
Inventors: Tadashi Hattori; Takamichi Nakase; Hiroaki Yamaguchi
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1975-11-21
Filing date: 1976-11-19
Publication date: 1977-06-02
Also published as: JPS5844854B2; GB1546880A; US4079711A; DE2652725C2; JPS5264538A

Description

Steuereinrichtung zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei der das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches unabhängig von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine durch eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung im wesentlichen konstant gehalten wird, wodurch eine gewünschte Abgasemissionssteuerung der Brennkraftmaschine erzielt wird.

Herkömmliche Steuereinrichtungen zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses dieser Art, wie sie z. B. der US-PS 3 827 237 zu entnehmen sind, sind derart aufgebaut, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches an dem Sauerstoffgehalt der Abgase oder dergleichen mittels eines in dem Auslaßsystem der Brenn-

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kraftmaschine angebrachten Gasmeßfühlers festgestellt und ein Ventil, das die Zufuhr einer Zusatzluftmenge steuert, entsprechend dem Signal des Gasmeßfühlers betätigt wird, um auf diese Weise das Luft-Brennstoff-Verhältnis de's Gemisches durch eine Rückkopplungs steuerung bzw. Regelung auf dem korrekten Wert zu halten.

Diese üblichen Steuersysteme arbeiten jedoch insofern nicht völlig zufriedenstellend, als mit Ausnahme der Auswirkung von Änderungen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses die Auswirkungen anderer Betriebsfaktoren der Brennkraftmaschine keine praktische Berücksichtigung erfahren. Insbesondere weisen die üblichen Steuereinrichtungen den Nachteil auf, daß sich die Verzögerungszeit zwischen dem Auftreten einer Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine und der Erfassung der sich ergebenden Änderung durch den in dem Auslaßsystem angebrachten Gasmeßfühler bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine beträchtlich ändert und daher bei der Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses der Änderungsbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in hohem Maße durch die Verzögerungszeit während Beschleunigungsperioden und Verzögerungsperioden der Brennkraftmaschine derart beeinträchtigt wird, daß eine zufriedenstellende Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses unmöglich ist.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß, wenn die Steuerung zur Anpassung an die Beschleunigungs- und Verzögerungs· betriebszustände der Brennkraftmaschine bei geringer Belastung im niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, sich der Änderungsbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses erhöht, wodurch sich eine Verschlechterung bzw. Verringerung des Reinigungsprozentsatzes eines Katalysators zur Reinigung der von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgase ergibt und darüberhinaus

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Drehzahl Schwankungen und RUtte ler scheinungen beim Fahren des Fahrzeuges mit der Folge einer Verschlechterung des Fahrverhaltens auftreten bzw. verursacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, zur Verhinderung des Auftretens der genannten Nachteile des Standes der Technik eine verbesserte Steuereinrichtung derjenigen Art zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die Wirkungsweise eines Nebendurchlaßventils entsprechend dem von einem Gasmeßfühler abgegebenen Signal rückgekoppelt gesteuert bzw. geregelt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst.In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens angegeben.

Erfindungsgemäß wird somit die Wirkungsweise eines Nebendurchlaßventils oder Umgehungsventils entsprechend dem Signal eines Gasmeßfühlers rückgekoppelt gesteuert bzw. geregelt, wobei ein in Wirkverbindung mit dem Drosselventil der Brennkraftmaschine stehender Drossel-Meßwertgeber, der ein der Öffnung des Drosselventiles entsprechendes Signal abgibt, sowie eine auf das Signal des Drossel-Meßwertgebers ansprechende Steuerschaltung vorgesehen sind, wodurch eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Auftreten einer Änderung der Öffnung des Drosselventiles als die Beschleunigungs- oder VerzögerungsZeitdauer der Brennkraftmaschine gemessen bzw. unterschieden wird und die Betätigungsgeschwindigkeit des Nebendurchlaß- oder Umgehungsventils in Abhängigkeit davon, ob die Brennkraftmaschine sich im Beschleunigungs/Verzögerungs-Betriebszustand oder anderen Betriebszuständen befindet, von einem Geschwindigkeitswert auf einen anderen Geschwindigkeitswert geändert wird, sodaß

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die Auswirkungen der Systemverzögerungszeit verringert werden, das Luft-Brennstoff-Verhältnis ständig zufriedenstellend steuerbar ist, die Ausnutzung der Leistungsfähigkeit eines Katalysators in vollem Umfang gewährleistet ist und das Auftreten von DrehzahlSchwankungen oder Rüttelerscheinungen verhindert und damit ein verbessertes Fahrverhalten erzielt wird.

Eine vorzugsweise verwendete Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaues einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild der elektronischen Steuereinheit gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3A Signal- bzw·. Impulspläne zur Veranschaulichung ^un -* der Wirkungsweise des reversiblen Schieberegistersgemäß Fig. 2, und

Fig. \\. ein Schaubild, dem die Ausgangskennlinie des Gasmeßfühlers gemäß Fig. 2 zu entnehmen ist.

Gemäß Fig. 1, in der das gesamte erfindungsgemäße System schematisch dargestellt ist, ist die mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Brennkraftmaschine ein üblicher Viertakt-Ottomotor, dem mittels eines Vergasers 2 über eine Ansaugleitung 3 ein Luft-Brennstoff-Gemisch zugeführt wird. Der mit einem Hauptdurchlaß ausgestattete Vergaser 2 weist die übliche Bauart auf und ist derart eingestellt, daß er ein Luft-Brennstoff-Gemisch bildet, welches, verglichen mit

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dem von der Brennkraftmaschine 1 benötigten Luft-Brennstoff-Verhältnis, ein wenig fett oder angereichert ist.

Das Auslaßsystem der Brennkraftmaschine 1 weist eine Auslaßleitung \\ 'und einen katalytischen Dreiweg-Konverter 5> auf, wobei in der Auslaßleitung Ij. ein Gasmeßfühler 6 angebracht ist, der durch Verwendung eines Metalloxyds wie Zirkondioxyd oder Titandioxyd den Anteil oder Gehalt an Sauerstoff in den Abgasen feststellt. Wenn z.B. Zirkondioxyd in dem Gasmeßfühler 6 verwendet wird, was in Pig. l± dargestellt ist, arbeitet der Gasmeßfühler 6 im Bereich des stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses, sodaß er bei Erfassung eines im Vergleich zu dem stöchiometrischen Wert 1 fetten oder angereicherten (kleinen) Luft-Brennstoff-Verhältnisses eine zwischen 80 mV und 100 mV liegende EMK oder Ausgangsspannung abgibt, während die sich ergebende EMK oder Ausgangsspannung bei Erfassung eines im Vergleich zu dem stöchiometrischen Wert 1 mageren (großen) Luft-Brennstoff-Verhältnisses in der Größenordnung von 10 mV bis 0 mV liegt. Eine elektronische Steuereinheit 7 spricht auf die Signale des Gasmeßfühlers 6 usw. an und treibt einen Vierphasenschrittmotor 8 in einer ausgewählten Richtung an. Der Schrittmotor 8 betätigt ein Nebendurchiaßventil oder Umgehungsventil 10, das in einem Zusatzluftdurchlaß oder einem Nebendurchlaß 9 zu dessen Verschließen und Öffnen angebracht ist, wobei die Antriebswelle des Schrittmotors 8 mit dem Nebendurchlaßventil bzw. Umgehungsventil 10 verbunden ist. Das Nebendurchlaß- oder Umgehungsventil 10 ist ein bekanntes Drosselklappenventxl, dem ein Stellungsschalter 11 für die vollständig geschlossene Ventilstellung zugeordnet ist, sodaß, wenn das Nebendurchlaß- oder Umgehungsventil 10 die vollständig geschlossene Stellung einnimmt, dieser Zustand erfaßt und ein die geschlossene Ventilstellung bezeichnendes Positionssignal abgegeben und der Steuereinheit 7 zugeführt wird.

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Ein beliebig steuerbares Drosselventil 12 ist in dem unterstromigen Teil des Vergasers 2 angeordnet, während der oberstromige Teil des Vergasers 2 einen Luftfilter 13 aufweist. Der Zusatzluftdurchlaß 9 ist derart ausgebildet und angeordnet, daß er den Luftfilter 13 mit der unterstromigen Seite des Drosselventils 12 verbindet.

Ein Drossel-Meßwertgeber M± stellt Beschleunigung und Verzögerung der Brennkraftmaschine 1, welche Verzögerungszeitfaktoren darstellen, fest. Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung besteht der Drossel-Meßwertgeber 1ij. aus einem Potentiometer, das in Wirkverbindung mit dem Drosselventil 12 steht und derart eingestellt ist, daß sein Widerstandswert proportional zur Vergrößerung der Öffnung des Drosselventils 12 ansteigt.

Der Drossel-Meßwertgeber Ilj. und der die vollständig geschlossene Stellung des Nebendurchlaßventils 10 erfassende Stellungsschalter 11 sind mit der elektronischen Steuereinheit 7 verbunden, die wiederum als Eingangssignale ausser den Signalen des Drossel-Meßwertgebers 1l^_ und des Stellungsschalters 11 das Signal des Gasmeßfühlers 6 erhält, sodaß die Drehrichtung und die Umdrehungsgeschwindigkeit des einen Teil der Steuervorrichtung bildenden Vierphasen-Schrittmotors 8 entsprechend diesen Eingangssignalen gesteuert und die zugeführte Zusatzluftmenge zur genauen und korrekten Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches geändert wird.

Im folgenden soll die Steuereinheit 7 unter Bezugnahme auf Fig. 2 im einzelnen beschrieben werden. Eine Vergleichsschaltung 7a weist einen Eingangswiderstand 101, Spannungsteilerwiderstände 102 und 103 sowie einen Differenz-Operationsverstärker IOI4. auf, wobei der nicht invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 10J4.

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über den Eingangswiderstand 101 mit dem Gasmeßfühler 6 verbunden ist, während sein invertierender Eingangsanschluß mit dem Spannungsteilerpunkt der Teilerwiderstände 102 und 103 verbunden ist. Die Vergleichsschaltung 7a vergleicht somit ihre Eingangsspannung mit einer von den Spannungsteilerwiderständen 102 und 103 vorgegebenen Spannung (d.h., einer Spannung, die praktisch gleich der von dem Gasmeßfühler 6 bei dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis abgegebenen EMK oder Ausgangsspannung ist), sodaß ein Signal des Wertes "1" ah ihrem Ausgangsanschluß A abgegeben wird, wenn die Eingangsspannung höher als die vorgegebene Spannung ist bzw. das Luft-Brennstoff-Verhältnis fetter als der stöchiometrische Wert "1" ist, während ein Signal des Wertes "0" an dem Ausgangsanschluß A abgegeben wird, wenn die Eingangsspannung niedriger als die vorgegebene Spannung ist bzw. das Luft-Brennstoff-Verhältnis magerer als der stöchiometrische Wert "1" ist.

Eine Beschleunigungs/Verzögerungs-Erfassungsschaltung 7b, die einen Eingangsabschnitt zur Aufnahme des Signals des Drossel-Meßwertgebers 1lj. darstellt, umfaßt eine Beschleunigung serf as sungs schaltung 7b,,, die Widerstände 105» 106 und 109» eine Diode 107> einen Kondensator 108 und einen Operationsverstärker 110 aufweist, sowie eine Verzögerungserfassungsschaltung 7b~, die Widerstände 111, 112 und 113, eine Diode 11If., einen Kondensator 115 und einen Operationsverstärker 116 aufweist.

Die Beschleunigungserfassungsschaltung 7b. ist derart aufgebaut, daß sie nur während einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Beginn einer Beschleunigung der Brennkraftmaschine 1 als Antwort auf das Signal des Drossel-Meßwertgebers M± ein Signal des Wertes "0" abgibt. Anders ausgedrückt, die Beschleunigungserfassungsschaltung 7b^ erhält als Eingangssignal eine Spannung V_ß an einem veränderlichen Abgriff B

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des den Drossel-Meßwertgeber 1lj. bildenden Potentiometers, wobei eine Spannung V_c an dem Spannungsteilerpunkt C der Widerstände 10^ und 109 sowie eine Spannung V^ an einem Anschluß D des Kondensators 108 derart eingestellt sind, daß während des normalen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 1 (d.h., wenn die Öffnung des Drosselventils 12 konstant gehalten wird) zwischen den Spannungen Vp und V~ die Beziehung V-^ > Vq besteht und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 110 den Wert "1" annimmt. Wenn die Brennkraftmaschine 1 beschleunigt wird, sodaß das Drosselventil 12 geöffnet wird und die Spannung V_ß am Abgriff B des Potentiometers ansteigt, erhöht sich die Spannung V„ entsprechend diesem Eingangssignal ohne jede Zeitverzögerung, während die Spannung V_ß mit einer Verzögerung aufgrund der Integrationswirkung des Widerstandes 106 und des Kondensators 108 ansteigt. Während einer Beschleunigungsdauer wird daher die Beziehung zwischen den Spannungen V_ und V~ während einer vorgegebenen Zeitdauer entsprechend der Öffnungsbewegung des Drosselventils 12 zu Vpj < Vp, sodaß das Ausgangesignal des Operationsverstärkers 110 den Wert V~ minus V~ bezeichnet, was bedeutet, daß es von dem Wert "1" auf den Wert "0" übergeht. Wenn die Spannung Vj, zum Zeitpunkt des Ablaufes der vorgegebenen Zeitdauer ansteigt, ändert sich die Beziehung wieder zu V^ > V^ und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 110 nimmt wieder den Wert "1" an.

Während einer Verzögerungsdauer der Brennkraftmaschine 1 wird der Kondensator 108 rasch über die Diode 107 entladen, obwohl die Spannung V„ am Abgriff B des Potentiometers abnimmt, sodaß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 110 nicht seinen Wert bzw. Zustand ändert und eine hervorragende Beschleunigungserfassungsempfindlichkeit bei rasch sich wiederholenden Wechseln von Beschleunigung und Verzögerung gewährleistet ist.

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Die Verzögerungserfassungsschaltung 7b~ arbeitet praktisch in der gleichen Weise wie die Beschleunigungserfassungsschaltung 7b., d.h., sie gibt lediglich während einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Beginn einer Verzögerung der .Brennkraftmaschine 1 als Antwort auf das von dem Drosselventil 12 zugeführte Signal ein Signal des Wertes "1" ab. Anders ausgedrückt, die Verzögerungserf as sungs schaltung 7bp erhält als Eingangssignal die Ausgangsspannung V_R des Potentiometers, während eine Spannung V„ an einem Spannungsteilerpunkt E der Spannungsteilerwiderstände 111 und 112 sowie eine Spannung V^ an einem Anschluß P des Kondensators 115 derart eingestellt sind, daß während des normalen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 1 (d.h., wenn die Öffnung des Drosselventils 12 konstant gehalten wird) zwischen ihnen die Beziehung V„ > V_p besteht und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 116 den Wert "0" annimmt. Während einer Verzögerung der Brennkraftmaschine 1 sinkt dann die Ausgangsspannung Vg des Potentiometers entsprechend dem Schließen des Drosselventils 12 ab, sodaß entsprechend diesem Eingangssignal die Spannung V„ ohne jede Zeitverzögerung ansteigt, während die Spannung V„ mit einer Verzögerung aufgrund der Integrationswirkung des Widerstandes 113 und des Kondensators 11f? absinkt. Während der Verzögerungsdauer wird somit die Beziehung zwischen den Spannungen V„ und Vp lediglich während einer vorgegebenen Zeitdauer zu V„ < Vp und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 116 entspricht dem Wert V^ minus V-,, was bedeutet, daß das Ausgangssignal von dem Wert "0" auf den Wert "1" übergeht. Wenn die Spannung V™ zum Zeitpunkt des Ablaufes der vorgegebenen Zeitdauer absinkt, wird die Beziehung V^ > Vj₁ wieder hergestellt und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 116 nimmt wieder den Wert "0" an.

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Während die Ausgangsspannung Vg des Potentiometers bei Beschleunigungsperioden der Brennkraftmaschine 1 ansteigt, wird außerdem der Kondensator 11f> über die Diode III4. rasch entladen, was dazu führt, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers II6 nicht seinen Zustand bzw. Wert ändert und eine hervorragende Verzögerungserfassungsempfindlichkeit bei rasch sich wiederholenden Wechseln von Beschleunigung und Verzögerung gewährleistet ist.

Eine Impulsgeneratorschaltung 7c besteht aus einer Oszillatorschaltung zur Bildung von Taktimpulsen, die Inverter 117, 118 und 119, Widerstände 120 und 121 sowie einen Kondensator 122 aufweist, und aus einem Frequenzteiler,bei dem ein Binärzähler zum Teilen der Impulsfolgefrequenz der Taktimpulse Verwendung findet. Die Ausgangssignale der Impulsgeneratorschaltung 7c werden an den Frequenzteilerausgängen Q₁, Qp und Q-. des Frequenzteilers 123 abgegeben, wobei die Ausgangsimpulsfolgefrequenzen derart vorgegeben bzw. voreingestellt sind, daß Q. > Q₂ > Q^ ist.

Eine Zeitsteuerschaltung 7d besteht aus einer Beschleunigungszeitsteuer schaltung 7d,j und einer Verzögerungszeitsteuerschaltung 7<ip, die jeweils auf das Signal der Beschleunigungs/Verzögerungs-Erfassungsschaltung 7b ansprechen und ein Signal des Wertes "1" während einer vorgegebenen Zeitdauer bilden und abgeben. Im einzelnen besteht die Beschleunigungszeitsteuerschaltung 7d. aus einem ersten monostabilen Schaltkreis, der einen Inverter 12[{., ein NAND-Glied 125, einen Widerstand 129 und einen Kondensator 130 aufweist, sowie aus einer ersten Zeitgeberschaltung, die NAND-Glieder 133 und 13I4., einen Inverter 135 sowie einen Frequenzteiler 136 zur Bildung eines mit dem Faktor 1/2 frequenzgeteilten Ausgangssignals X und eines mit dem Faktor 1/i^ frequenzgeteilten

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Ausgangesignals X„ aufweist, während die Verzögerungszeit st euer schaltung 7d₂ in ähnlicher Weise aus einem zweiten monostabilen Schaltkreis, der Inverter 126 und 127, ein NAND-Glied 128, einen Widerstand 131 und einen Kondensator 1-32 aufweist, sowie aus einer zweiten Zeitgeberschaltung besteht, die NAND-Glieder 137 und 138, einen Inverter 139 und einen Frequenzteiler 1i|0 zur Bildung eines mit dem Paktor 1/2 frequenzgeteilten Ausgangssignals Y^ und eines mit dem Paktor 1/8 frequenzgeteilten Ausgangssignals Y~ aufweist.

Während Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden der Brennkraftmaschine 1 sprechen der erste und zweite monostabile Schaltkreis jeweils auf die Signale der Beschleunigungserfassungsschaltung 7b,. und der Verzögerungserfassungsschaltung 7b~ an und führen den Frequenzteilern 136 bzw. II4.O ein Rückstellsignal zu, wodurch die erste und die zweite Zeitgeberschaltung jeweils angesteuert und wirksam werden. In diesem Falle werden die Zeitvorgaben oder Zeiteinstellungen der Ausgangssignale der ersten und zweiten Zeitgeberschaltung jeweils von den frequenzgeteilten Ausgangs Signalen der Frequenzteiler I36 und 1ij.O bestimmt, die den NAND-Gliedern 13^ und I38 zugeführt werden. Wenn z.B. f, die Impulsfolgefrequenz der am Ausgang Q^ der Impulsgeneratorschaltung 7c abgegebenen Taktimpulse bezeichnet, wird während der Beschleunigungsdauer die erste Zeitgeberschaltung entsprechend einem Rückstellsignal wirksam, sodaß dem NAND-Glied 13I4. ein mit dem Faktor 1/2 frequenzgeteiltes Ausgangssignal X₁ sowie ein mit dem Faktor 1 /U- frequenzgeteiltes Ausgangssignal X~ zugeführt werden und das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 13if dadurch' für die Dauer von 3Zf₁ Sekunden (einschließlich des Maximalfehlers von minus 1/2f. Sekunden) nach dem Erhalt des Rückstellsignals des ersten monostabilen Schaltkreises auf dem Wert "1" gehalten wird. In ähnlicher Weise wird während

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der Verzögerungsdauer die zweite Zeitgeberschaltung entsprechend einem Rückstellsignal wirksam, sodaß dem NAND-Glied 138 ein mit dem Paktor 1/2 frequenzgeteiltes Ausgangssignal Y. und ein mit dem Paktor 1/8 frequenzgeteilte.s Ausgangesignal Y₂ zugeführt werden und das Ausgangs signal des NAND-G-liedes 1 38 während einer Dauer von S/fj, Sekunden nach dem Erhalt des Rückstellsignals des zweiten monostabilen Schaltkreises auf dem Wert "1" gehalten wird.

Somit wird als Ausgangs signal der Zeitsteuerschaltung 7d. ein Signal des Wertes "1" an ihrem Ausgangsanschluß H oder G- während einer vorgegebenen Zeitdauer nach der Steuer- oder Betätigungszeit des Drosselventils 12 während des Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorganges abgegeben, und dieses Zeitintervall wird als Beschleunigungsdauer oder Verzögerungsdauer erfaßt bzw. unterschieden.

Eine Prequenzselektionsschaltung 7e umfaßt Inverter 201, 202 und 201). sowie NAND-Glieder 203, 205, 206 und 207 und spricht auf das Signal der Zeitsteuerschaltung 7d zur Vornahme der Peststellung an, ob die Brennkraftmaschine 1 sich im Beschleunigungs/Verzögerungsbetriebszustand oder dem normalen Betriebszustand befindet, wobei die von der Impulsgeneratorschaltung 7c abgegebenen Ausgangsimpulse der entsprechenden Frequenz ausgewählt und einer Befehlsschaltung 7f zugeführt werden. Anders ausgedrückt, während einer Beschleunigungs- oder Verzögerungsperiode nimmt das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 203 den Wert "1" an, was zur Folge hat, daß das frequenzgeteilte Ausgangssignal Q. der Impulsgeneratorschaltung 7c an einem Ausgangsanschluß I der Frequenzselektionsschaltung 7e ansteht, während im normalen Betriebszustand das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 203 den Wert "0" annimmt, was zur Folge hat, daß das frequenzgeteilte Ausgangssignal Q₂ am Ausgangsanschluß I

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anliegt. Der die vollständig geschlossene Stellung des Nebendurchlaßventils 10 erfassende Stellungsschalter 11 besteht aus einem Widerstand 11a und einem Schalter 11b, sodaß, wenn das Nebendurchiaßventil 10 die vollständig geschlossene Stellung einnimmt, der Schalter 11b geschlossen ist und ein Ausgangssignal des Wertes "0" an einem Ausgangsanschluß J abgegeben wird.

Die Befehlsschaltung 7f umfaßt Inverter 208 und 209 sowie NOR-Glieder 210 und 211 und erhält als Eingangssignale die Signale der Vergleichsschaltung 7a, der Frequenzselektionsschaltung 7e und des Stellungsschalters 11. Im einzelnen wird das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 7a dem NOR-Glied 210 über den Inverter 208 und dem NOR-Glied 211 direkt zugeführt, sodaß ein Signal des Wertes "0" einem dieser NOR-Glieder in Abhängigkeit davon zugeführt wird, ob das Luft-Brennstoff-Gemisch fett oder mager ist (d.h., ob das Luft-Brennstoff-Verhältnis kleiner oder größer als ein vorgegebenes oder voreingestelltes Luft-Brennstoff- Verhältnis ist). Das Ausgangssignal der Frequenzselektionsschaltung 7e wird direkt den NOR-Gliedern 210 bzw. 211 zugeführt, wobei außerdem das Ausgangssignal des Stellungsschalters 11 dem NOR-Glied 211 über den Inverter 209 zugeführt wird. Die Ausgangssignale der NOR-Glieder 210 und 211 werden jeweils Eingangsanschlussen und P eines reversiblen Schieberegisters 7g zugeführt, sodaß eines der NOR-Glieder 210 und 211 in Abhängigkeit davon, ob das Luft-Brennstoff-Gemisch fett oder mager ist und ob die Brennkraftmaschine 1 sich in dem Beschleunigungs/Verzögerungsbetriebszustand oder dem normalen Betriebszustand befindet, freigegeben bzw. geöffnet wird und die Impulse der entsprechenden Frequenz von der Impulsgeneratorschaltung 7c dem reversiblen Schieberegister 7g zugeführt werden. Wenn die Impulssignale an dem Eingangsanschluß 0 des reversiblen Schieberegisters 7g

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anliegen, werden dessen Ausgangsanschlüsse Q., Q\p, Qo und Qi aufeinanderfolgend weitergeschaltet, wie dies in Fi;¹;. 3 dargestellt ist. Liegen dagegen die Impulssignale an dem Eingangsansehluß P an, werden die Ausgangsanschlüsse Qj-, ÖL, Q"p und Q\. aufeinanderfolgend weitergeschaltet, wie dies ebenfalls Fig. 3 zu entnehmen ist. Die Ausgangsanschlüsse CL , Q„, Q-, und Q"i sind mit einem Schalterkreis 7h verbunden, der wiederum mit Feldspulen C, , Cp, C, und C, des Vierphasen-Schrittmotors 8 verbunden ist und Widerstände 1lj5> %6, Mtf und 1l;8, Transistoren M\S, 1^0, 151 und 152 sowie eine Gegen-EMK auffangende Dioden 1^3* ^SKt 1 5>5 ^un(i 15>6 aufweist. Wenn die Impulssignale dem Eingangsanschluß 0 des reversiblen Schieberegisters 7g zugeführt werden, werden die Transistoren 1^9, 150, 151 und 15>2 aufeinanderfolgend durchgeschaltet, wodurch die Feldspulen C₁, Cp, C, und C· in ähnlicher V/eise gleichzeitig zweiphasig erregt werden und dadurch der Rotor des Schrittmotors 8 in Richtung des Pfeiles gemäß Fig. 2 gedreht wird, wodurch wiederum dem Nebendurchlaßventil 10 eine Drehbewegung in der Öffnungsrichtung des Ventils erteilt wird. Werden dagegen die Impulssignale dem Anschluß P zugeführt, wird der Rotor des Schrittmotors 8 in einer zu der Richtung des Pfeiles entgegengesetzten Richtung gedreht, sodaß dem Nebendurehlaßventil 10 eine Drehbewegung in der Schließrichtung des Ventils erteilt wird.

Die Steuereinheit 7 und der Schrittmotor 8 werden über einen Zündschalter KS der Brennkraftmaschine 1 mit Strom von einer Batterie Ba versorgt.

Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Anordnung wird im normalen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 das Drosselventil 12 in einer feststehenden Stellung gehalten und das Ausgangssignal der Beschleunigungs/Verzögerungs-Erfassungsschaltung 7b bleibt unverändert. Dementsprechend

gibt die Zeitsteuerschaltung 7d kein Rückstellsignal ab und das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 203 der Frequenzselektionsschaltung 7e verbleibt auf dem Wert "0". Dies hat zur Folge, daß das NAND-Glied 205 durchgeschaltet wird und·das frequenzgeteilte Ausgangssignal Q~ bzw. die Ausgangsimpulse niedriger Frequenz der Impulsgeneratorschaltung 7c als Ausgangssignale der Frequenzselektionsschaltung 7e abgegeben und der Befehlsschaltung 7f zugeführt werden. Die Befehlsschaltung 7f führt die Impulse mit der niedrigen Frequenz dem Eingangsanschluß 0 oder P des reversiblen Schieberegisters 7g entsprechend dem von der Vergleichsschaltung 7a abgegebenen Signal zu, wodurch der Schrittmotor 8 in der entsprechenden Richtung gedreht wird und das Nebendurchlaßventil 10 betätigt, sodaß die Durchflußrate von Zusatzluft zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Wertes, z.B. des stöchiometrisehen Wertes 1, des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches gesteuert wird. Da in diesem Falle der Schrittmotor 8 von den Impulsen mit der niedrigen Impulsfolgefrequenz gesteuert bzw. betrieben wird, kann durch Einstellung dieser Impulsfolgefrequenz auf einen für die geringe Belastung im niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine geeigneten Wert das Nebendurchlaßventil 10 mit der korrekten Betriebsgeschwindigkeit gesteuert bzw. betätigt werden, was zur Folge hat, daß die der Ansaugleitung 3 zugeführte Zusatzluftmenge genau und korrekt gesteuert wird, sodaß die Gefahr verringert wird, daß das Ausmaß der Zusatzluftzufuhr aufgrund von Auswirkungen der Systemverzögerungszeit übermäßig groß oder klein wird und der Steuerbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches klein gehalten wird.

Bei Beschleunigungs- oder Verzögerungsperioden der Brennkraftmaschine 1 wird die Öffnung des Drosselventils 12 geändert, sodaß das Ausgangssignal der Beschleunigungs/ Verzögerungs-Erfassungsschaltung 7b seinen Wert bzw. Zustand

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für eine vorgegebene Zeitdauer ändert und ein Rückstellsignal von dem ersten oder zweiten monostabilen Schaltkreis der Zeitsteuerschaltung 7d abgegeben wird. Das Rückstellsignal wird entweder dem Frequenzteiler 136 oder dem Frequenzteiler U4.O zugeführt, der· wiederum die entsprechenden frequenzgeteilten Ausgangssignale abgibt, und ein Signal des Wertes "1" wird wahrend einer vorgegebenen Zeitdauer an dem Aus gangs an Schluß H oder G- der Zeitsteuerschaltung 7d erzeugt und abgegeben. Auf diese V/eise wird ein auf eine Änderung der Öffnung des Drosselventils 12 und die daraus resultierende Erzeugung und Abgabe eines Rückstellsignals folgendes vorgegebenes bzw, vorbestimmtes Zeitintervall als Beschleunigungs- oder Verzögerungszustand erfaßt und unterschieden, d.h., eine die Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine 1 in ausreichendem Maße repräsentierende Zeitdauer wird als BeschleunigungsZeitdauer oder Verzögerungszeitdauer unterschieden. Während der Beschleunigungszeitdauer geht somit das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 203 der Frequenzselektionsschaltung 7e auf den Wert "1" über, während das NAND-Glied 206 durchschaltet. Dementsprechend wird das frequenzgeteilte Ausgangssignal GL bzw. die Ausgangsimpulse mit der hohen Impulsfolgefrequenz der Impulsgeneratorschaltung 7c als Ausgangssignale der Frequenzselektionsschaltung 7e abgegeben und der Befehlsschaltung 7f zugeführt. Sodann wird der Schrittmotor 8 in einer ähnlichen Weise wie während des normalen Betriebszustandes in die von dem Signal der Vergleichsschaltung 7a bestimmte Antriebsrichtung gesteuert und das Luft-Brennstoff -Verhältnis des Gemisches wird kompensiert bzw. ausgeglichen. Der Schrittmotor 8 wird somit durch die Impulse mit der hohen Impulsfolgefrequenz mit einer hohen Betriebsgeschwindigkeit gesteuert bzw. betrieben, die sich gut für den Beschleunigungs- oder VerzögerungsVorgang eignet, wobei darüberhinaus die Beschleunigungs- und Verzögerungszustände nicht als diejenige Übergangsbeschleunigung

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oder Übergangsverzögerung unterschieden werden, die lediglich bei der Änderung der Öffnung des Drosselventils 12 auftreten, sondern als Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden unterschieden werden, die jeweils einer vorgegebenen, von der Zeitsteuerschaltung 7d festgelegten Zeitdauer entsprechen. Der Schrittmotor 8 wird daher für die Dauer einer während der Beschleunigungsperioden und Verzögerungsperioden der Brennkraftmaschine 1 erforderlichen Zeit in ausreichendem Maße betätigt, und die der Ansaugleitung 3 zugeführte Zusatzluftmenge wird während der erforderlichen, der Beschleunigung und Verzögerung entsprechenden Zeit sehr schnell gesteuert, sodaß der Steuerbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches verringert wird. Auf diese Weise werden sowohl Antriebsrichtung als auch Antriebsgeschwindigkeit des Nebendurchlaßventils 10 ständig korrekt gewählt und festgelegt und eine optimale Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung über den gesamten Betriebszustandsbereich der Brennkraftmaschine 1 erzielt.

Bei den Beschleunigungs- und Verzögerungszuständen oder den Übergangszuständen der Brennkraftmaschine ist daher ein besseres Folgeverhalten oder eine bessere Ansprechcharakteristik für das Einschwingverhalten bzw. die Übergangsfunktion der Rückkopplungssteuerung zur raschen Kompensation des Luft-Brennstoff-Verhältnisses gewährleistet, und darüberhinaus kann die Betriebsgeschwindigkeit des Nebendurchlaßventils genau und korrekt für die stationären Betriebszustände eingestellt werden, sodaß die Auswirkungen der Systemverzögerungszeit bei geringer Belastung im niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine verringert werden. Der Steuerbereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses wird somit in beträchtlichem Umfang verringert, wodurch der Reinigungsprozentsatz bzw. die Reinigungsieistung des Abgasreinigungskatalysators, insbesondere bei einem katalytischen Dreiweg-Konverter, erhöht und verbessert und das

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Problem des Auftretens von DrehzahlSchwankungen und Rüttelerscheinungen beseitigt wird. Da ferner die Rückkopplungssteuerung durch Erfassen eines auf eine Änderung der Öffnung des Drosselventils folgenden Zeitintervalls als Beschleunigungs- oder Verzögerungsdauer erfolgt, kann die Einstellung der Erfassungsempfindlichkeit entsprechend den Differenzen bei dem Ausmaß des Niederdrückens des das Drosselventil betätigenden Gaspedals leicht durchgeführt werden und außerdem besteht für die Erfassungsempfindlichkeit auch bei wiederholter Beschleunigung und Verzögerung keine Verschlechterungsmöglichkeit, sodaß die Erfassung von Beschleunigungen und Verzögerungen mit höherer Genauigkeit zur Durchführung der Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung gewährleistet ist.

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Z.B. kann anstelle der eine digitale Schaltungsanordnung darstellenden Zeitsteuerschaltung zur Unterscheidung eines vorgegebenen Zeitintervalles nach der Abgabe eines Signals durch die Beschleunigungs/Verzögerungs-Erfassungsschaltung als Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitdauer auch eine analoge Schaltungsanordnung Verwendung finden. Außerdem kann anstelle der bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung vorgenommenen Rückkopplungssteuerung der Zusatzluftmenge in dem Ansaugsystem eine ähnliche Wirkung auch erzielt werden, indem die Erfindung auf ein System angewendet wird, bei dem die Zusatzluftmenge mittels einer Luftpumpe oder dergleichen dem Auslaßsystem zugeführt wird, d.h., bei dem die Zusatzluft zur Steuerung des sogenannten Abgas-Luft/BrennstoffVerhältnisses rückgekoppelt gesteuert bzw. geregelt wird. Auch kann anstelle des Betriebs des Schrittmotors während der Beschleunigungsperioden sowie während der Verzögerungsperioden mit der gleichen Geschwindigkeit eine unterschiedliche Betriebsgeschwindigkeit jeweils unabhängig für die

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Beschleunigungsperioden und die Verzögerungsperioden verwendet werden.

Erfindungsgemäß wird somit eine vorteilhafte Steuereinrichtung zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses vorgeschlagen, die einen das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches erfassenden Abgas-Meßfühler aufweist, einen Zusatzluftdurchlaß mit einem Nebendurchlaßventil zur Zuführung von Zusatzluft zu der unterstromigen Seite des Drosselventils einer Brennkraftmaschine aufweist, einen mit dem Drosselventil in Wirkverbindung stehenden Drossel-Meßwertgeber, der ein der Öffnung des Drosselventils entsprechendes Ausgangssignal abgibt, aufweist, sowie eine auf das Signal des Drossel-Meßwertgebers ansprechende Steuerschaltung aufweist, wodurch eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Auftreten einer Änderung der Öffnung des Drosselventils als Beschleunigungsdauer oder Verzögerungsdauer der Brennkraftmaschine erfaßt und unterschieden wird und das Nebendurchlaßventil in Abhängigkeit davon, ob sich die Brennkraftmaschine in dem Beschleunigungs/Verzögerungs-Betriebszustand oder anderen Betriebszuständen befindet, mit der einen oder anderen von zwei Geschwindigkeiten angetrieben wird.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

, Steuereinrichtung zur Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses fur eine ein Ansaugsystem und ein Auslaßsystem aufweisende Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine in dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine (1) vorgesehene Gemischzuführungseinrichtung zur Zufuhr eines Gemisches aus Ansaugluft und Brennstoff zu der Brennkraftmaschine, die einen Ansaugdurchlaß (3) und ein in dem Ansaugdurchlaß zur Steuerung der Ansaugluftmenge angeordnetes Drosselventil (12) aufweist, durch eine in dem Auslaßsystem der Brennkraftmaschine (1) angebrachte Gasmeßfühlereinrichtung (6) zur Erfassung der Zusammensetzung der hindurchströmenden Abgase, die ein elektrisches Signal abgibt, durch eine Einrichtung (9), die einen Durchlaß zur Zuführung von Zusatzluft zu der oberstromigen Seite der Gasmeßfühlereinrxchtung in der Brennkraftmaschine bildet, durch ein in der Durchlaßeinrichtung (9) angeordnetes Nebendurchlaßventil (10) zur Steuerung der hindurchströmenden Zusatzluftmenge, durch eine mit dem Nebendurchlaßventil (10) verbundene Antriebseinrichtung (8) zum Antrieb des Nebendurchiaßventils (10) in der Öffnungsrichtung und Schließrichtung des Ventils, durch eine mit dem Drosselventil (12) verbundene Drossel-Meßwertgebereinrichtung (II4.) zur Bildung eines dem Öffnungsgrad des Drosselventils entsprechenden Signals, und durch eine mit der Gasmeßfühlereinrxchtung (6), der Drossel-Meßwertgebereinrichtung (1Ij.) und der Antriebseinrichtung (8) in Wirkverbindung stehende Steuereinheit (7)» die auf das Signal

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ORfGlNAL INSPECTED

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der Gasmeßfühlereinrichtung (6) zum Antrieb der Antriebseinrichtung in einer gewählten, der Öffnungsrichtung oder der Schließrichtung des Nebendurchlaßventils (10) entsprechenden Richtung, und auf das Signal der Drossel-Meßwertgebereinrichtung (ilj.) zur Erfassung einer schnellen Änderung des Öffnungsgrades des Drosselventils (12) und Unterscheidung einer vorgegebenen Zeitdauer nach der schnellen Änderung des Öffnungsgrades des Drosselventils (12) als eine Beschleunigungs/Verzögerungsperiode der Brennkraftmaschine (1) anspricht, wodurch die Antriebseinrichtung (8) während der Beschleunigungs/Verzögerungsperiode schnell gesteuert und betrieben wird, während sie bei anderen Betriebs zuständen der Brennkraftmaschine (1) mit einer niedrigeren Geschwindigkeit gesteuert und betrieben wird.

. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischzuführungseinrichtung ein relativ fettes Gemisch zuführt, und daß die Steuereinheit (7) eine elektronische Steuereinheit ist, die eine Vergleichsschaltung (7a) aufweist, die das Signal der Gasmeßfühlereinrichtung (6) erhält und es mit einem vorgegebenen Wert zur Bestimmung der Bewegungsrichtung der Antriebseinrichtung (8) vergleicht, eine Beschleunigungs/Verzögerungs-Erfassungsschaltung (7t>) aufweist, die das Signal der Drossel-Heßwertgebereinrichtung (ilj.) erhält, eine schnelle Änderung des Öffnungsgrades des Drosselventils (12) erfaßt und den Zustand ihres Ausgangssignals für eine vorgegebene Zeitdauer nach der Änderung der Öffnung des Drosselventils ändert, eine mit der Beschleunigungs/Verzögerungs-Erfassungsschaltung (7t>) elektrisch verbundene Zeit Steuer schaltung (7d) aufweist, die eine vorgegebene Zeitdauer nach der Änderung des Ausgangssignales als Beschleunigungs/

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ORIGINAL

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Verzögerungsdauer der Brennkraftmaschine festlegt und hierbei ein Zeitsteuersignal abgibt, und eine das Zeitsteuersignal erhaltende Schaltungsanordnung (Je, 7f> 7g, 7h) aufweist, mit der die Antriebseinrichtung (8) während der Beschleunigungs/Verzögerungsdauer mit einer ersten Geschwindigkeit gesteuert wird, während die Steuerung der Antriebseinrichtung (8) bei anderen Betriebszustandszeiten als der Beschleunigungs/Verzögerungsdauer mit einer zweiten Geschwindigkeit, die geringer als die erste Geschwindigkeit ist, erfolgt, wodurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis im wesentlichen auf dem Wert des stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses gehalten iirird.

Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel-Meßwertgebereinrichtung (M\.) aus einem Potentiometer mit einem variablen Abgriff (B) besteht, und daß die Beschleunigungs/Verzögerungs-Erfassungsschaltung (7b) eine Beschleunigungserfassungsschaltung (7b,.), die einen ersten Differenzverstärker (110) mit zwei Eingangsanschlüssen aufweist, einen ersten, aus einem ersten Widerstand (105) "und einem zweiten Widerstand (109) bestehenden L-Schaltkreis, der einen Eingangsanschluß des ersten Differenzverstärkers (110), den variablen Abgriff (B) und einen Masseanschluß miteinander verbindet, aufweist, einen zweiten, aus einem dritten Widerstand (106) und einem ersten Kondensator (108) bestehenden L-Schaltkreis, der den anderen Eingangsanschluß des ersten DifferenzVerstärkers (110), den variablen Abgriff (B) und den Masseanschluß miteinander verbindet, aufweist, und eine erste Diode (107) aufweist, die den Verbindungspunkt des ersten Kondensators (108) und des dritten Widerstandes (106) mit dem variablen Abgriff (B) verbindet, sodaß eine schnelle Entladung des ersten Kondensators (108) ermöglicht wird, sowie eine Verzögerungser-

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fassungsschaltung (7b_p) umfaßt, die einen zweiten Differenzverstärker (116) mit zwei Eingangsanschlüssen aufweist, einen dritten, aus einem vierten Widerstand (111) und einem fünften Widerstand (112) bestehenden L-Schaltkreis, der einen Eingangsanschluß des zweiten Differenzverstärkers (116), den variablen Abgriff (B) und einen Stromversorgungsanschluß miteinander verbindet, aufweist, einen vierten, aus einem sechsten Widerstand (113) und einem zweiten Kondensator (115) bestehenden L-Schaltkreis, der den anderen Eingangsanschluß des zweiten Differenzverstärkers (116), den variablen Abgriff (B) und den Stromversorgungsanschluß miteinander verbindet, aufweist, und eine zweite Diode (11I]_) aufweist, die den Verbindungspunkt des zweiten Kondensators (115?) und des sechsten Widerstandes (113) mit dem variablen Abgriff (B) verbindet, sodaß eine rasche Entladung des zweiten Kondensators (115) ermöglicht wird.

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