DE2658948A1

DE2658948A1 - Vorrichtung zur emissionssteuerung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2658948A1
Application number: DE19762658948
Authority: DE
Inventors: Akio Hosaka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-12-27
Filing date: 1976-12-24
Publication date: 1977-07-07
Also published as: JPS5840010B2; US4144847A; CA1096468A; JPS5281437A

Description

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Triftstraße 4 Siekerwall 7

PG 23-76258

Nissan Motor Company _t Limited Noο 2 Takara-maehi„ Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan

Vorrichtung zur Emissionssteuerung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Emissions·= steuerung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchsο

Die Erfindung befaßt sieh allgemein mit einer derartigen Vorrichtung mit geschlossener Regelschleife„ in der Ausgleichssignale entsprechend einer abgetasteten plötzlichen Änderung der Maschinenlast zum Ausgleichen eines magereren Gemisches bei der Beschleunigung und eines fet= teren Gemisches bei der Verzögerung erzeugt werden.

Bei einer Emissionssteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen mit geschlossener Regelschleife wird die Konzentration der Auspuffgaszusammensetzung abgetastet und ein Korrektursignal gebildet, durch das das Gemischverhältnis von Luft und Brennstoff auf einen vorbestimmten Wert

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geregelt wird. Aufgrund von Übertragungsverzögerungen in der Maschine, die mit der Einleitung von Luft und Brennstoff, der Verbrennung des Gemisches und dem Ausstoß der Auspuffgase in jedem Sylinderzyklus zusammenhängen, gestattet es die Regelung mit geschlossener Regelschleife nicht, ein Ansprechen auf plötzliche Laständerungen, wie etwa bei der Beschleunigung und Verzögerung, zu erreichen, so daß ein Leistungsverlust eintritt, wenn die Maschine plötzlich beschleunigt wird. Bei bekannten Systemen mit einem Sensor für die Position der Drosselklappe ist eine Differenzierschaltung mit dem Ausgang des Drosselklappen-Sensors verbunden. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung wird dem Korrektursignal überlagert und dient zum Ausgleich vorübergehender Betriebsbedingungen der Maschine bei plötzlicher Änderung der Drosselklappenstellung.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine verbesserte Vorrichtung zur Emissionssteueruiig mit geschlossener Regelschleife für eine Brennkraftmaschine su schaffen, die ein Ansprechen auf plötzliche Laständerungen der Maschine gestattet.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dam kennzeichnenden Teil des HauptanSpruchs.

Das erfindungsgemäße Emissionssteuerungssysfcem zeichnet sich aus durch die Tatsache, daß eine Sprungfunktionsspannung mit positiver oder negativer Polarität in Abhängigkeit von einer abgetasteten Beschleunigung oder Verzögerung dem Korrektursignal zur Erzeugung eines Kompensationssignals überlagert wird. Vorzugsweise wird die Sprungspannung einem Mittelwert des Korrektursignals überlagert, oder sie wird dem Amplituden-Korrektursignal unmittelbar vor der Abtastung einer Änderung der Maschinenlast hinzugefügt. Das Korrektursignal wird daher augenblicklich in einer gegebenen Richtung geändert und verbleibt auf der

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geänderten Position für eine angemessene Zeitdauer, so daß eine zusätzliche Brennstoffmenge der Maschine zum Ausgleich eines Leistungsverlustes während der Beschleunigung hinzugefügt werden kann, oder es wird augenblicklich in die entgegengesetzte Richtung geändert und verbleibt dort für eine angemessene Zeitdauer, so daß das Gemisch zum Ausgleichen tsines zu fetten Gemisches während der Verzögerung abgemagert werden kann»

Erfindungsgemäß wird eine Emissionssteuervorrichtung geschaffen, die gute Laufeigenschaften einer Brennkraftmaschine auch bei plötzlichen Laständerungen ermöglicht. Außerdem werden schädliche Emissionsbestandteile während der Beschleunigung und Verzögerung auf ein Minimum gebracht.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Emissionssteuervorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Sch^itdiagramm einer Steuereinheit für die Ausführungsform der Fig.1°,

Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Schaltung der Fig.2.

Gemäß Fig.1 führt eine Zufuhreinrichtung 10 zum Mischen und Dosieren eines Luft-Brennstoff-Gemisches dieses Gemisch einer Brennkraftmaschine zu. In der Auspuffleitung der Brennkraftmaschine ist ein Auspuffgas-Sensor 12 vorgesehen, der die Konzentration der Zusammensetzung der Verbrennungsrückstände, wie etwa Sauerstoff, in den Auspuffgasen abtastet

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und ein Ausgangssignal liefert, das eine charakteristische Amplitudenänderung in der Nähe des stöchiometrisehen Luft-Brennstoff-Verhältnisses des verbrannten Gemisches aufwiest. Das Ausgangssignal des Sensors 12.gelangt an einen Komparator 13 und wird mit einer Vergleichsspannung Vref verglichen. Dadurch wird ein Signal gebildet, das für die Differenz zwischen beiden Spannungen repräsentativ ist. Eine Steuereinheit 14 nimmt das Signal des Komparators auf und erzeugt ein Korrektursignal, das seinerseits an die Zufuhreinrichtung 10 gelangt. Die Zufuhreinrichtung 10 kann ein Vergaser mit einem durch das Signal der Steuereinheit 14 analog oder digital gesteuerten Regelventil oder eine analog oder digital gesteuerte Brennstoffeinspritzeinrichtung sein.

Fig.2 veranschaulicht im einzelnen die Steuereinheit 14. Das Ausgangssignal des Komparators 13 gelangt an den Umkehr-Eingang eines Operationsverstärkers 0P1 über einen Eingangswiderstand R1. Der Umkehr-Eingang ist über eine Reihenverbindung eines Widerstandes R2 und eines Kondensators C1 mit der Ausgangsklemme, und der nicht-umkehrende Eingang mit Masse verbunden. Bei dieser Schaltung ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 0P1 gleich der Summe einer Proportionalverstärkung um den Faktor R2/ R1 und einer Integration durch die Zeitkonstante R1C1 des Komparator-Ausganges. Daher wirkt die Schaltung 20 aus dem Operationsverstärker 0P1, den Widerständen R1,R2 und dem Kondensator C1 als Proportional-Integral-Steuerschaltung, die ein Grund-Korrektursignal erzeugt. Dieses Signal gelangt an eine Mittelwert-bildende Schaltung 21, die aus einem Operationsverstärker 0P2 und einem RC-Filter 21a aus einem Widerstand R3 und einem Kondensator C2 besteht. Das Ausgangssignal der PI-Schaltung 20 ist mit einer Seite des Widerstandes R3 verbunden, dessen andere Seite mit der nicht-umkehrenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers 0P2 und über den Kondensator C2 mit Masse verbunden ist. Der umkehrende Eingang des Operations-

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Verstärkers 0P2 ist mit dessen Ausgang verbunden, so daß der Operationsverstärker 0P2 als Pufferverstärker wirkt.

Der Ausgang der Einschaltung 20 ist über einen Spannungsteiler 22 f der aus in Reihe geschalteten Widerständen R4 und R5 besteht, mit einem elektronischen Schaltgatter SW1 und sodann mit einer Ausgangsleitung 30 verbunden» Der Schalter SWi wird durch ein Steuersignal eines ODER-djicht·= Gatters 23 gesteuert=

Mit dem Ausgang der Mittelwert=bildenden Schaltung 21 ist ein zweiter Spannungsteiler 24, der aus in Reihe geschal= teten Widerständen R6 und R7 besteht, und ein dritter Span-= nungsteiler 25 aus in Reihe geschalteten Widerstanden R8 und R9 verbunden» Der Spannungsteiler 24 ist am anderen Ende mit einer positiven Spannungsquelle +V₁ verbunden, und der Spannungsteiler 25 steht am anderen Ende mit einer negativen Spannungsquelle -V- in Verbindung„

Die Spannung an dem Verbindungspunkt B zwischen den Wi= derständen R6 und R7 ist die Summe der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 0P2 und der positiven Spannung V_1P geteilt durch das Verhältnis der Widerstände RS/R7=, Diese Spannung dient als Signal zum Ausgleich des magere= ran Gemisches während der Beschleunigungsperioden und wird über ein elektronisches Schaltgatter SW1 mit der Ausgangsleitung 30 verbunden„

Di© Spannung an dem Verbindungspunkt C swisehen äen Wider·= ständen R8 und R9 ist die Summe der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 0P2 und der negativen Spannung V₂* geteilt durch das Verhältnis der Widerstände R8/R9. Diese Spannung gilt als Signal sum Ausgleichen des su fetten Gemisches während der Verzögerung und gelangt über ein drittes elektronisches Schaltgatter an die Ausgangslei·= tung SO»

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Zur Abtastung von Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeug ist ein Potentiometer oder ein Drosselklappen-Positionswandler 26 vorgesehen, der zwischen der positiven Spannung +V_cr, und einer negativen Spannung -V liegt. Eine Differenzierschaltung 27 auf einem Widerstand RIO lind einem Kondensator C3 ist mit dem Abtastpunkt des Potentiometers oder Positionswandlers 26 verbunden und liefert eine differenzierte Spannung über den Widerstand RIO. Der Schwenkarm des Potentiometers ist über ein strichpunktiert angedeutetes Gestänge mit einer Drosselklappe 28 verbunden und wird z-usammen mit dieser bewegt, wenn das Gaspedal zur Beschleunigung niedergetreten wird. Die über den Widerstand R10 entwickelte Spannung repräsentiert die Be^jegungsgesshwindigkeit der Drosselklappe 2S, und sie gelangt an die nicht-uiEkehrende Bingangsklemnie eines ersten Operationsverstärkers-Komparators 0P3 zum Vergleich mit einer Vergleichsspannung V^ sowie ar. den Umkehr-Eingang eines zweiten KoHiparators GP4 zue. Vergleich iait einer Vergleichsspannung V_£t «

Der Komparator GP3 vrirä umgeschaltet £'af hohe Äusgangsspannung, wenn aas Potential an dem ηicäfe-umkehrenden Eingang oberhalb der Verglsichsspannung V-, liegt«, und aktiviert einen ersten monostabilen Multivibrator 2Sa, der einen Impuls mit vorbestimmter Dauer erzeugt. Der Komparator 0P4 wird in den Zustand hohsr Äusgangsspannung getriggert_f wann das Potential an dsm Umkehr-Eingang unterhalb des Vergleichspotentials V- liegt, so daß ein zweiter monostabiler Multivibrator 29b aktiviert wird. Die Ausgangssignale der Eionostabilen M-altivibrstoren 29a und 29b sind einerseits mit entsprechenden Eingangsklem- men des CXES-NICHT-Gatters 23 verbunden und andererseits mit den Steuerklemmen der elektronischen Schaltgatter SW2 und SW3. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 29a ist somit eine Anzeige für den Beschleuni-

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gungszustand, und das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 29b entspricht dem Verzögerungszustand. Wenn keine der beiden Bedingungen besteht, wird das ODER-NiCHT-Gatter 23 aktiviert und liefert ein logisches Signal "1" an die Steuefltlemme des Schaltgatters SW1, so daß das Potential an dem Verbindungspunkt A mit der Ausgangsleitung 30 und damit mit der Zufuhreinrichtung 10 für Luft und Brennstoff verbunden wird.

Das Ausgangssignal der Pl-Schaltung 20 wird geglättet durch das RC-Filter 21a, so daß das von dem Operationsverstärker 0P2 gelieferte Ausgangssignal als Mittelwert der Amplitude des Signals der Pl-Schaltung während der Beschleunigung oder Verzögerung oder der Periode der monostabilen Multivibratoren 29a und 29b betrachtet werden kann. Daher ist das Potential an dem Verbindungspunkt B ein Wert, der proportional zu dem Durchschnittswert des Basis-Steuersignals der Pl-Schaltung 20 im Augenblick der Beschleunigung zuzüglich einer positiven Sprungfunktionsspannung der Spannungsquelle +V₁ ist. Das Potential an dem Verbindungspunkt C ist ein Wert, der proportional zu dem Durchschnittswert des Basis-Steuersignals im Augenblick der Verzögerung zuzüglich einer negativen Sprungfunktionsspannung der Spannungsquelle -V₂ ist.

Beim Abtasten einer Beschleunigung wird der monostabile Multivibrator 29a aktiviert und liefert ein Steuersignal an den Schalter SW2, so daß das Potential an dem Verbindungspunkt B.zu der Zufuhreinrichtung 10 für Luft und Brennstoff über die Ausgangsleitung 30 gelangt. Als Ergebnis wird eine zusätzliche Brennstoffmenge der Brennkraftmaschine 11 ohne Zeitverlust zugeführt, und Brennstoffmangel während der Beschleunigungsperiode wird ausgeglichen.

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Beim Abtasten einer Verzögerung wird der monostabile Multivibrator 29b aktiviert und liefert ein Steuersignal an den Schalter SW3, so daß das Potential an dem Verbindungspunkt C zu der Zufuhreinrichtung 10 gelangt und zugleich die Zufuhr von Brennstoff zu der Brennkraftmaschine verringert, so daß eine Überfettung während der Verzogerungsperiode ausgeglichen wird.

Die Mittelwert-bildende Schaltung 21 in Fig.2 kann ersetzt werden durch eine Schaltung 40 gemäß Fig.3, bei der das Ausgangssignal der PI-Schaltung 20 über ein elektronisches Schaltgatter SW4 mit dem nicht-umkehrenden Eingang eines Operationsverstärkers 0P5 sowie mit einer Klemme eines Kondensators C4 verbunden ist, dessen entgegengesetzte Klemme auf Masse geschaltet ist. Das logische Signal "1" am Ausgang des QDER-NICHT-Gatters 23 ist mit der Steuerklemme des elektronischen Schaltgatters SW4 verbunden, so daß das Schaltgatter SW4 zur Ladung des Kondensators C4 normalerweise geschlossen ist.

Wenn eine Beschleunigung oder Verzögerung abgetastet wird, wird das ODER-NICHT-Gatter 23 auf das logische Signal "0" umgeschaltet, so daß sich das Schaltgatter SW4 öffnet. Die über den Kondensator C4 entwickelte Spannung repräsentiert den Wert des Steuerausgangs unmittelbar vor der Abtastung der Beschleunigung oder Verzögerung. Der Operationsverstärker 0P5 ist mit seinem Umkehr-Eingang mit seiner Ausgangsklemme verbunden, so daß er als Pufferverstärker wie der Operationsverstärker 0P2 der vorangegangenen Ausführungsform wirkt und Spannungen an den Verbindungspunkten B oder C erzeugt.

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Leerseite

Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTEPt

Patentansprüche

Vorrichtung zur Emissionssteuerung für·Brennkraftmaschinen., mit einer Einrichtung sum Abtasten der Konzentration einer Auspuffgas-Zusammensetzung und zur Einordnung des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischverhältnisses von Luft und Brennstoff oberhalb oder unterhalb eines Vergleichswertes, einer Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals entsprechend der abgetasteten Konzentration und einer Zufuhreinrichtung für Luft und Brennstoff entsprechend dem Steuersignal, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26,27,28) zur Abtastung plötzlicher Laständerungen der Brennkraftmaschine (11) und einer Einrichtung (14) zur sprungweisen .Änderung der Amplitude des Steuersignals entsprechend der Abtastung der plötzlichen Änderung der Maschinenlast zum Ausgleich eines Mißverhältnisses zwischen den tatsächlichen und den für die Laständerung notwendigen Lüft-Brennstoff-Verhältnisses.

ο Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g © k e η η zeichnet, daß die Einrichtung zur Abtastung plötzlicher Laständerungen Einrichtungen(QP3, 0P4, 29a, 29b .„o) zur Abtastung von Beschleunigungen oder Verzögerungen der Brennkraftmaschine umfaßt,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2_e dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur sprungweisen Änderung der Amplitude des Steuersignals eine Einrichtung (14) zur sprungweisen Vergrößerung der Amplitude des Steuersignals entsprechend der Abtastung einer Beschleunigung der Maschine zum Ausgleichen einer zu geringen Brennstoffmenge und einer Einrichtung zur sprungweisen Verringerung der Amplitude entsprechend einer abgeta-

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steten Verzögerung der Maschine zum Ausgleich eines zu hohen Brennstoffanteils während der Verzögerung umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur sprungweisen Änderung der Amplitude des Steuersignals folgende Teile umfaßt: eine Einrichtung (21), die auf das Steuersignal anspricht und ein zweites Steuersignal erzeugt, deren Größe ein Durchschnxttswert des ersten Steuersignals ist, eine Einrichtung (24,25) zum Addieren einer ersten Spannung zu dem zweiten Steuersignal, eine zweite Einrichtung (24,25) zum Addieren einer zu der ersten Spannung entgegengesetzte Spannung zu dem zweiten Steuersignal und eine Einrichtung (23) zum wahlweisen Verbinden der Addier-Einrichtung (24,25) mit der Zufuhreinrichtung (10) für Luft und Brennstoff entsprechend der abgetasteten Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20) zur Erzeugung des zweiten Steuersignals eine Filterschaltung (21a) zur Glättung der Amplitude des ersten Steuersignals und einen Pufferverstärker(0P2)umfaßt, der mit dem Ausgang der Filterschaltung verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Addier-Einrichtung (24 ...) einen ersten Spannungsteiler(R6,R7) umfaßt, dessen eines Ende mit dem Ausgang des Pufferverstärkers(0P2)und dessen anderes Ende mit der ersten Spannung (+V₁)verbunden ist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Addier-Einrichtung einen zweiten Spannungsteiler (25) umfaßt, der mit einem Ende mit dem Ausgang des Pufferverstärkers (0P2) und mit dem anderen Ende mit der zweiten Spannung (-V₂) verbunden ist»

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferverstärker (0P2) ein Operationsverstärker ist, der mit einem Umkehr-Eingang mit dem Ausgang und mit einem nicht-umkehrenden Eingang mit der Filterschaltung (21a) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur sprungweisen Änderung der Amplitude des Steuersignals folgende Teile umfaßt; eine Einrichtung (40), die das Steuersignal aufnimmt und ein zweites Steuersignal erzeugt, dessen Amplitude dem Wert des ersten Steuersignals im Augenblick unmittelbar vor der Abtastung einer Beschleunigung oder Verzögerung entspricht, eine erste Einrichtung (R6,R7) zum Addieren einer ersten Spannung (+V₁) zu dem zweiten Steuersignal, ei^e zweite Einrichtung (R8,R9) zum Addieren einer zweiten Spannung (-V₂) entgegengesetzt zur Polarität zu dem zweiten Steuersignal und eine Einrichtung (SW2,SW3) zur wahlweisen Verbindung der Ausgänge der Addier-Einrichtungen mit der Zufuhreinrichtung (10) entsprechend einer abgetasteten Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (40 zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals einen Kondensator (C4), ein Schaltgatter (SW4) zur Übertragung des ersten Steuersignals an den Kondensator oder zur Unterbre-

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chung der Verbindung entsprechend der Abtastung einer Beschleunigung oder Verzögerung der Maschine, und einen Pufferverstärker (0P5) umfaßt, dessen Eingang mit dem Kondensator (C4) und dessen Ausgang mit den beiden Addier-Einrichtungen (R6 bis R9) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der Pufferverstärker (0P5) ein Operationsverstärker ist, dessen Umkehr-Eingang mit dem Ausgang und desssen nicht-umkehrender Eingang mit einem Verbindungspunkt zwischen Schaltgatter (SW4) und Kondensator (C4) verbunden ist.

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