DE2658982A1

DE2658982A1 - Regelvorrichtung zum halten des kraftstoff-luftverhaeltnisses eines verbrennbaren gemisches auf einem bestimmten wert

Info

Publication number: DE2658982A1
Application number: DE19762658982
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fujishiro
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-12-27
Filing date: 1976-12-27
Publication date: 1977-07-07
Also published as: JPS5281435A; US4163433A; JPS573815B2

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Selbstregelvorrichtung zum Halten des Kraftstoff-Luftverhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zugeführten verbrennbaren Gemisches auf einem bestimmten Wert, mit einem Abgassensor zum Ermitteln des tatsächlichen Kraftstoff- Luftverhältnisses und mit einer Regelschaltung, die ein Regelsignal auf der Grundlage einer Abweichung des Ausgangssignals des Abgassensors von einem Bezugssignal liefert. Die Erfindung betrifft insbesondere eine bevorzugte Weiterbil-' dung der Regelschaltung, damit die Schaltung ein Regelsignal liefern kann, das bezüglich der Abweichung entsprechend dem Betriebszustand der Maschine veränderlich ist* um eine Änderung der

Ausgangskennlinie des Abgassensors mit Änderungen der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu kompensieren ,

Im Bereich der Vermeidung einer Luftverschmutzung, die dem Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zuzuschreiben ist, hat es sich als wesentlich herausgestellt, daß Kraftstoff-Luftverhältnis des den Maschinen gelieferten verbrennbaren Gemisches genau auf einem für jeden Maschinen-■fcyp optimal bestimmten Wert zu halten. Eine bekannte automatische Selbstregelvorrichtung verwendet einen Abgassensor, um ein Rückkopplungssignal zu entwickeln, das die Konzentration eines bestimmten Bestandteils, der Op, CO, COp, ein Kohlenwasserstoff oder NO sein kann, wiedergibt, die als Anzeige für das tatsächliche Kraftstoff-Luftverhältnis der Maschine dient. Im folgenden werden der Aufbau dieser bekannten Regelvorrichtung und ein bei dieser Vorrichtung auftretendes Problem sowie bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert;

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung für das Kraftstoff-Luftverhältnis für eine Brennkraftmaschine.

Fig. 2 bis 4 zeigen in graphischen Darstellungen die Änderungen der Ausgangskennlinie eines herkömmlichen Sauerstoffsensors zur Verwendung bei der in Fig. 1 dargestellten Regelvorrichtung in Abhängigkeit von Änderungen der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases einer Maschine, dem der Sensor ausgesetzt ist.

Fig. 5 zeigt teilweise in Blockform das Schaltbild einer Regelschaltung bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 6 zeigt in einem Diagramm die Wellenform eines Regelsignals, das durch die in Fig. 5 dargestellte Regelschaltung erzeugt wird.

Fig, 7 zeigt teilweise in Blockform eine in anderer Weise aufgebaute Regelschaltung als weiteres Ausführungsbeispiel

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der Erfindung. 'T'

Fig. 8 zeigt das Schaltbild einer noch anders aufgebauten Regelschaltung als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 9 zeigt in einem Diagramm die Wellenform eines Regelsignals, das durch die in Fig. 8 dargestellte Regelschaltung erzeugt wird.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird eine Brennkraftmaschine 10 über eine elektrisch regelbare Kraftstoff und Luft proportionierende Einrichtung 12, beispielsweise einen Vergaser oder eine Kraftstoffeinspritzanlage betrieben. Ein Abgassensor 14 ist in die Abgasleitung 16 der Maschine 10 eingebaut. Die dargestellte automatische Selbstregelvorrichtung weist eine Abweichungsdetektorschaltung 18 auf, die im wesentlichen aus einem Differentialverstärker oder einem Komparator bestehen kann und ein Ausgangssignal liefert, das das Ausmaß der Abweichung einer Ausgangsspannung des Abgassensors 14 von einer Bezugsspannung wiedergibt, die einem vorher optimal bestimmten Kraftstoff-Luftverhältnis entspricht. Eine Regelschaltung 20 liefert ein Regelsignal zum Regeln der Arbeitsweise der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung 12 auf der Grundlage des Ausgangssignals der Abweichungsdetektorschaltung 18. Die Regelschaltung 20 weist entweder einen Proportionalverstärker, um das Regelsignal zur Abweichung proportional zu machen, oder einen Integrator auf, um durch eine Integration der Abweichung ein Regelsignal zu erzeugen. Die Regelschaltung 20 kann auch einen Proportionalverstärker, einen Integrator und eine Addierschaltung umfassen, so daß das Regelsignal die Summe eines zur Abweichung proportionalen Anteils und eines anderen Anteils wiedergibt, der durch eine Integration der Abweichung erhalten wird. Zusätzlich zu einer Regulierung entsprechend Änderungen in den Hauptfaktoren des Maschinenbetriebes, für die ein typischer Beispiel der Grad der Öffnung des Drosselventiles ist, wird auf das Regelsignal ansprechend die Kraftstoffzufuhr und/oder die Luftzufuhr in der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung 12 sehr fein geregelt, um das Kraftstoff-

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Luftverhältnis auf dem vorher bestimmten Wert zu halten. Der Wert des vorher bestimmten Verhältnisses ist so bestimmt, daß eine Abgasbehandlungsvorrichtung 22, beispielsweise ein thermischer Reaktor oder ein katalytischer Wandler, die in der Abgaleitung 16 stromabwärts vom Abgassensor 14 enthalten sind, mit dem besten Wirkungsgrad arbeiten können. Das vorher bestimmte Verhältnis liegt beispielsweise am oder in der Nähe des stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnisses, wenn die Vorrichtung 22 einen dreifach wirkenden Katalysator enthält, der sowohl die Reduktion von Stickstoffoxiden als auch die Oxydation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen, die im Abgas enthalten sind, katalysieren kann.

Gegenwärtig ist das am meisten verbreiteste Beispiel eines Abgassensors 14 ein Sauerstoffsensor, der auf dem Prinzip eines Konzentrationselementes arbeitet und als wesentliches Bauelement eine Schicht aus einem Sauerstoffionen leitenden Feststoff elektrolyten, beispielsweise aus Zirkondioxid aufweist, das mit Kalk stabilisiert ist. Es ist allgemein bekannt, daß die Ausgangsspannung eines derartigen Sauerstoffsensors, wenn er dem Abgas der Brennkraftmaschine 10 ausgesetzt wird, nicht proportional dem tatsächlichen Kraftstoff-Luftverhältnis der Maschine 10 ist, sondern auf einem von zwei deutlich verschiedenen Spannungspegeln liegt, was von der Richtung der Abweichung des tatsächlichen Kraftstoff-Luftverhältnisses vom stöchiometrisehen Verhältnis abhängt. Die Ausgangsspannung liegt auf einem relativ niedrigen Pegel, solange das- tatsächliche Kraftstoff-Luftverhältnis über dem stöchiometrischen Verhältnis liegt, und auf einem deutlich höheren Pegel, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis unter dem stöchiometrischen Verhältnis liegt. Wenn der Wert des Kraftstoff-Luftverhältnisses durch das stöchiometrische Verhältnis geht, zeigt die Ausgangsspannung einen abrupten Übergang von einem dieser beiden Pegel zum anderen. Diese Art eines Sauerstoffsensors hat somit als Abgassensor 14 in Fig. 1 Vorteile, wenn die Regelvor-

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•J·.

richtung darauf bedacht ist, das Kraftstoff-Luftverhältnis auf dem stöchiometrischen Verhältnis oder in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses zu halten.

Während des praktischen Betriebs der in Fig. 1 dargestellten Regelvorrichtung ergibt sich das Problem, daß die Ausgangskennlinie des Abgassensors 14 dazu neigt, sich mit einer Änderung des Betriebszustandes der Maschine 10 und dementsprechend der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu ändern, was dazu führt, daß die Kraftstoff und Luft proportionierende Einrichtung 12 so geregelt wird, daß sich ein Kraftstoff-Luftverhältnis einstellt, das von dem vorbestimmten Verhältnis abweicht.

Beispielsweise tritt der oben erwähnte Übergang der Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors von einem niedrigeren Pegel auf einen höheren Pegel in der Weise auf, wie es durch die Kurve A in Fig. 2 dargestellt ist, wobei der Punkt S auf der Abszisse den Punkt angibt, an dem ein Übergang des Kraftstoff-Luftverhältnisses durch das stöchiometrische Verhältnis von der höheren Seite, d.h. der Seite des ärmeren Gemisches zur niedrigeren Seite, d.h. des reicheren Gemisches, auftritt, wenn das Abgas eine ausreichend hohe Temperatur hat und in der Abgasleitung 16 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit strömt. Wenn die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases niedriger sind, tritt der Übergang der Ausgangsspannung am Punkt S · weniger abrupt oder scharf auf, wie es durch den Pfeil und durch die Kurve B dargestellt ist. Wenn sich das Kraftstoff-Luftverhältnis von der niedrigeren Seite zur höheren Seite durch den stöchiometrischen Wert hindurch ändert, tritt der tatsächliche Übergang der Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors vom höheren Pegel zum niedrigeren Pegel wesentlich langsamer oder allmählicher auf, wie es durch die Kurve C in Fig» 3 dargestellt ist, als es bei dem durch die Kurve A in Fig. 2 dargestellten Übergang der Fall ist.

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Wenn die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit geringer sind, läuft der Übergang der Ausgangsspannung noch langsamer ab, d.h. ist die Ansprechverzögerung des Sauerstoffsensors auf den Übergang des Kraftstoff-Luftverhältnisses noch größer, wie es durch die Kurve D dargestellt ist.

In Fig. 4 ist eine ideale oder stabile Ausgangskennlinie des Sauerstoffsensors, d.h. die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und dem Kraftstoff-Luftverhältnis durch die Kurve F wiedergegeben. Wenn die in Fig. 1 dargestellte Regelvorrichtung in herkömmlicher Weise aufgebaut ist, um das Kraftstoff-Luftverhältnis auf dem Wert k_Q zu halten, wird die Bezugsspannung, die an der Abweichungsdetektorschaltung 18 liegt, auf der Grundlage der Kurve F konstant bei Eq angesiedelt. Wenn die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases geringer werden, ergibt sich jedoch eine tatsächliche oder dynamische Ausgangskennlinie des Sauerstoffsensors, die durch die Kurve G oder die Kurve H dargestellt ist. Das hat zur Folge, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis nicht auf das gewünschte Verhältnis kg, sondern auf ein höheres Verhältnis k^ oder ^ geregelt wird.

Ziel der Erfindung ist daher eine verbesserte Regelvorrichtung für das Kraftstoff-Luftverhältnis der im Obigen grundsätzlich beschriebenen Art, die ein Regelsignal erzeugt, das entsprechend der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in einer sich ändernden Beziehung zur Abweichung des Ausgangssignales des Abgassensors vom Bezugssignal steht, so daß die oben beschriebene Änderung der Ausgangskennlinie des Abgassensors kompensiert werden kann.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung für das Kraftstoff-Luftverhältnis enthält eine elektrisch regelbare Kraftstoff und Luft proportionierende Einrichtung, einen Abgassensor, eine Abweichungsdetektorschaltung und eine Regelschaltung, die in der oben beschriebenen Weise miteinander kombiniert sind, und ist

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dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung eine Kompensationseinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases an einem Abschnitt der Abgasleitung, an dem der Abgassensor angeordnet ist, die Richtung der Kraftstoff-Luftverhältnisregelung aufgrund des Regelsignals vom vorbestimmten Verhältnis auf ein vorläufiges Verhältnis leicht verschiebt. Die leichte Vers chiebung der Richtung der Regelung dient dazu, eine Änderung der Ausgangskennlinie des Abgassensors bei Änderungen der Temperatur und der Strömungsgeßchwindigkeit des Abgases zu kompensieren und eine Abweichung des tatsächlichen Kraftstoff-Luftverhältnisses von dem vorbestimmten Verhältnis zu vermeiden.

Es ist zweckmäßig, einen variablen Faktor des Betriebes der Maschine, beispielsweise die Drehzahl der Maschine, die Luftströmung in der Ansaugleitung oder die Fahrzeuggeschwindigkeit als Kennzeichen für die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu verwenden. Es kann auch die Frequenz der Änderung des Regelsignals für denselben Zweck verwandt werden.

Die Regelschaltung weist, wie die oben beschriebene herkömmliche Regelschaltung, einen Integrator und/oder einen Proportionalverstärker auf, um das Regelsignal zusammenzusetzen. Die leichte Verschiebung der Richtung der Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung kann nach irgendeinem der folgenden Verfahren erfolgen;

(1) Wenn die Regelschaltung einen Integrator aufweist, kann die leichte Verschiebung dadurch erreicht werden, daß für einen Unterschied zwischen einer Zeitkonstante zum Integrieren, des am Integrator liegenden Hochpegeleingangssignals (Ausgarigssignal· der Abweichungsdetektörschaltung) und einer Zeitkonstante zum Integrieren des am gleichen Integrator liegenden Niederpegeleingangssignals gesorgt wird. Zusätzlich kön-

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nen diese Zeitkonstanten beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine verändert werden. Der Integrator weist vorzugsweise einen Funktionsverstärker auf, der mit einem Kondensator versehen ist, um darüber eine Gegenkopplung zu erreichen. Die Zeitkonstanten können dann dadurch verändert werden, daß wenigstens zwei parallele Widerstände zwischen die Abweichungsdetektorschaltung und den Funktionsverstärker geschaltet sind, und daß wenigstens eine Diode vorgesehen ist, um wahlweise die Widerstände je nach dem Pegel des Eingangssignals am Integrator wirksam zu machen.

(2) Wenn die Regelschaltung einen Proportionalverstärker aufweist, kann die leichte Verschiebung dadurch erreicht v/erden, daß zwei verschiedene Proportionalitätskonstanten jeweils zum Verstärken des Hochpegeleingangssignals und des Niederpegeleingangssignals verwandt werden. Der Unterschied zwischen den beiden Proportionalitätskonstanten kann in Abhängigkeit beispielsweise von der Drehzahl der Maschine veränderbar gehalten werden. In diesem Fall weist die Regelschaltung vorzugsweise einen ersten Proportionalverstärker, der fortlaufend wie ein Verstärker in einer herkömmlichen Regelschaltung arbeitet, und einen zweiten Proportionalverstärker auf, der nur auf das Hochpegeleingangssignal oder das Niederpegeleingangssignal wirkt. Der zweite Proportionalverstärker wird von einer Kombination eines FunktionsVerstärkers und einer Diode gebildet.

(3) Die leichte Verschiebung kann auch dadurch erreicht werden, daß für eine Zeitverzögerung entweder des Hochpegel- oder des Niederpegeleingangssignals der Regelschaltung gesorgt wird.

Das vorläufige Kraftstoff-Luftverhältnis kann fortlaufend in Abhängigkeit beispielsweise von der Drehzahl der Maschine verändert werden,, Die leichte Verschiebung der Richtung der Regelung kann andererseits auch nur dann erfolgen, wenn die Dreh-

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zahl der Maschine oder die Abgastemperatur in einem niedrigen Bereich liegt, so daß die Richtung der Regelung im niedrigen Abgastemperaturbereich auf ein vorläufiges Verhältnis verschoben wird, das entweder konstant oder veränderlich ist, jedoch bei höheren Abgastemperaturen auf dem vorbestimmten Kraftstoff-Luftverhältnis bleibt.

Wenn der Abgassensor ein Sauerstoffsensor der oben beschriebenen Art ist, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis bei relativ niedrigen Abgastemperaturen durch die herkömmliche Regelvorrichtung auf Verhältnisse geregelt, die über dem vorbestimmten Verhältnis liegen. Die erfindungsgemäße Regelschaltung ist hingegen so aufgebaut, daß die Richtung der Regelung leicht von dem vorbestimmten Kraftstoff-Luftverhältnis auf ein vorläufiges Kraftstoff-Luftverhältnis verschoben wird, das unter dem vorbestimmten Verhältnis liegt und vorzugsweise bei niedrigen Abgastemperaturen veränderlich ist. Wenn die Ausgangskennlinie des Sauerstoffsensors durch die Kurve G in Fig. 4 gegeben ist, kann das Kraftstoff-Luftverhältnis auf dem vorbestimmten Wert k~ dadurch gehalten werden, daß die Richtung der Regelung von kg auf ein niedrigeres Verhältnis k¹^ leicht verschoben wird, dessen Abweichung von k_n gegeben ist durch

III I
k^-k_o( = I k^-kgl . Wenn die Ausgangskennlinie des Sensors durch die Kurve H gegeben ist, kann dasselbe dadurch erreicht werden, daß das vorläufige Kraftstoff-Luftverhältnis auf ein noch niedrigeres Verhältnis k'₂ geändert wird, das durch I I [l definiert ist.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Die in Fig. 5 dargestellte erfindungsgemäße Regelschaltung 20a, die der Schaltung 20 bei der Regelvorrichtung von Fig.1 entspricht, ist so aufgebaut, daß sie in Abhängigkeit von dem positiven und negativen Vorzeichen der Abweichung eine ver-

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schiedene Zeitkonstante für die Integration des Abweichungssignals liefert, das von der Abweichungsdetektorschaltung 18 anliegt, um dadurch eine fortlaufende Verschiebung des vorläufigen Kraftstoff-Luftverhältnisses in Abhängigkeit von der Änderung der Drehzahl der Maschine zu erreichen, die als Kennzeichen für die Abgastemperatur und Strömungsgeschwindigkeit dient. Dieses Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelschaltung 2OA enthält einen Integrator 24, einen herkömmlichen Verstärker oder Proportionalverstärker 26, der ein Signal erzeugt, das proportional zum Ausgangssignal der Abweichungsdetektorschaltung 18 ist und den Proportionalanteil des Regelsignals darstellt, und eine herkömmliche Addierschaltung 28 zum Zusammensetzen des Regelsignals durch eine Addition des Ausgangssignals des Integrators 24 zu dem des Proportionalverstärkers 26. Der Integrator 24 weist einen Funktionsverstärker auf, an dessen negativer Eingangsklemme über einen ersten Widerstand 32 mit einem Widerstandswert R^ das Ausgangssignal der Abweichungsdetektorschaltung 18 liegt. Die Gegenkopplung für den Funktionsverstärker 30 ist über einen Kondensator 34 mit einer Kapazität C, gewährleistet. Ein zweiter Widerstand 36 mit einem Widerstandswert Rp ist parallel zum ersten Widerstand gesehaltet,und eine Diode 38 ist so geschaltet, daß sie einen Strom durch den zweiten Widerstand 36 steuert.

Das Ausgangssignal der Abweichungsdetektorschaltung 18, d.h. das Eingangssignal für den Integrator 24 und somit die Abweichung des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors von der Bezugsspannung wird wechselweise positiv und negativ. Die Diode 38 ist beispielsweise dann leitend, wenn das Eingangssignal ein positives Signal ist, jedoch dann nicht leitend, wenn das Eingangssignal ein negatives Signal ist. Die Zeitkonstante zur Integration durch den Funktionsverstärker 30, der mit dem Kondensator 34 versehen ist, ist durch die Kapazität C* und die Widerstandswerte R₁ und R₂, wenn die Diode 38 leitend ist, jedoch durch die Kapazität C^ und den Widerstandswert R^ bestimmt,

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wenn die Diode 38 nicht leitend ist. Das Ausgangssignal des Integrators 24 hat die durch eine ausgezogene Linie in Fig. 6 dargestellte Form. Als Abweichungsdetektorschaltung 18 wird ein Komparator verwandt. Wenn die Zeitkonstante für die Integration konstant ist, wie es bei den herkömmlichen Regelschaltungen der Fall ist, nimmt die Amplitude des Ausgangssignals abwechselnd mit demselben Gradienten zu und ab, wenn das Vorzeichen des Eingangssignals abwechselnd positiv und negativ wird, wie es durch eine unterbrochene Linie in Fig. 6 darge.-stellt ist. Die Amplitude dieses Signals wird zu einem Wert gemittelt, der mit m_Q bezeichnet ist und dem vorbestimmten Kraftstoff-Luftverhältnis k_Q entspricht, wobei der Proportionalanteil des Regelsignals aus Gründen der Einfachheit dabei außer Betracht gelassen wird.. Bei dem mit Fig. 5 dargestellten Integrator 24 nimmt das Ausgangssignal mit einem Gradienten (Xzu, wenn das Eingangssignal negativ ist,und mit einem kleineren Gradienten ß ab, wenn das Eingangssignal positiv ist. Folglich verschiebt sich die mittlere Amplitude des Regelsignals von DIq auf einen höheren Wert m^, der beispielsweise dem vorläufigen Kraftstoff-Luftverhältnis k¹^ in Fig. 4 entspricht. Wenn die Ausgangskennlinie des Abgassensors 14 derart ist, wie sie durch die Kurve G in Fig. 4 dargestellt ist, kann in diesem Fall das Kraftstoff-Luftverhältnis tatsächlich auf das vorbestimmte Verhältnis k_Q geregelt werden.

Das Auftreten einer Änderung des tatsächlichen Kraftstoff-Luftverhältnisses in der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung 12 wird durch den Abgassensor 14 mit einer Zeitverzögerung Td wahrgenommen. Die Größe der Zeitverzögerung Td steigt mit abnehmender Drehzahl der Maschine an. Der Unterschied M zwischen der höheren mittleren Amplitude nu des Regelsignals (die mittlere Amplitude wird im folgenden als Regelmittelwert bezeichnet) und dem Gruiriregelmittelwert m_Q ist durch die folgende Gleichung gegeben:

M = — Td
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Dementsprechend nimmt der Unterschied M, d.h. die Größe der Verschiebung des Regelmittelwertes fortlaufend mit abnehmender Drehzahl der Maschine in einem Maße zu, wie es durch das Verhältnis des Widerstandswertes Rp zum Widerstandswert R<, bestimmt ist. Das bedeutet eine fortlaufende Änderung des vorläufigen Kraftstoff-Luftverhältnisses mit abnehmender Abgastemperatur und Strömungsgeschwindigkeit. Folglich kann das tatsächliche Kraftstoff-Luftverhältnis auf dem vorbestimmten Verhältnis selbst dann gehalten werden, wenn eine beträchtliche Änderung in der Ausgangskennlinie des Abgassensors 14 bei niedrigen Abgastemperaturen auftritt.

Die in Fig. 7 dargestellte Regelschaltung 2OB enthält einen Integrator 24B, der so aufgebaut ist, daß er eine Verschiebung des Regelmittelwerts im wesentlichen nur bei Drehzahlen der Maschine unter einer bestimmten Drehzahl bewirkt. Dieser Integrator 24B weist gleichfalls einen Funktionsverstärker 30 auf, der mit einem Kondensator 34 der Kapazität C₁ versehen ist. Die Eingangsleitung der negativen Eingangsklemme des Funktionsverstärkers 30 besteht aus drei parallelen Zweigen: der erste Zweig enthält einen Widerstand 40 mit einem Wert R^ und eine Diode 42, die leitend ist, wenn das Eingangssignal, d.h. das Ausgangssignal der Abweichungsdetektorschaltung 18 negativ ist, der zweite Zweig weist einen Widerstand 44 mit einem Wert R^ auf, und der dritte Zweig weist zwei in Reihe geschaltete Widerstände 46 und 48 jeweils mit den Werten R,- und R,- auf« Eine weitere Diode 50 ist -umgekehrt und parallel zur Diode 42 und in Reihe zum zweiten und dritten Zweig geschaltet. Der Integrator 24B weist einen Transistor 52 auf, dessen Kollektor am Verbindungspunkt zwischen den beiden in Reihe geschalteten Widerständen 46 und 48 liegt, während der Emitter an Masse liegt. Ein Sensor 54 für die Drehzahl der Maschine liefert ein Impulssignal, dessen Frequenz die Drehzahl der Maschine angibt. Ein Frequenzspannungswandler 56 empfängt das Impulssignal vom Sensor 54 und liefert ein Spannungssignal einem Komparator

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Dieser Komparator 58 erzeugt eine Ausgangsspannung nur dann, wenn der Pegel des empfangenen Spannungssignals unter einem bestimmten Wert liegt. Das Ausgangssignal des !Comparators 58 liegt an der Basis des Transistors 52, so daß der Transistor 52 nur dann leitend wird, wenn die Drehzahl der Maschine unter einer bestimmten Drehzahl liegt.

Bei einem ..so. aufgeb.auten_Int.egrator..24B ist.die..Zeitkcmstante

zur Integration des negativen Eingangssignals durch die Kapazität Cj und den Widerstandswert R-, bestimmt. Wenn der Transistor 52 bei hohen Maschinendrehzahlen nicht leitend ist, ist die Zeitkonstante für die Integration des positiven Eingangssignals durch die Kapazität C. und die drei Widerstandswerte R₄, R₅ und Rg bestimmt. Diese drei Widerstandswerte R₄, R- und Rg sind so bestimmt, daß sie die folgende Gleichung erfüllen:

^{+ R}6 ) - _R

R₄ + R₅ + R₆ .· ³

Die Integration des positiven Eingangssignals erfolgt dann mit annähernd der gleichen Zeitkonstante, wie die Integration des negativen Eingangssignals, so daß nahezu keine Verschiebung des Regelmittelwertes auftritt. Daher wird das vorbestimmte Kraftstoff-Luftverhältnis nahezu konstant gehalten. Wenn der Transistor 52 leitend ist, ist die Zeitkonstante zur Integration des positiven Eingangssignals durch die Kapazität C^ und den WiderstandswertRr bestimmt. Dadurch, daß der Widerstandswert R₄ größer als der Widerstandswert R^ gemacht wird, zeigt das Ausgangssignal des Integrators 24B bei Maschinendrehzahlen · unter einer bestimmten Drehzahl einen Anstiegsgradienten, der größer als der Abnahmegradient ist, wie es bei dem Integrator 24 in Fig. 5 der Fall ist, was zu einer Verschiebung der Richtung der Regelung vom vorbestimmten Kraftstoff-Luftverhältnis

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zu einem vorläufigen Verhältnis führt, das sich mit abnehmender Drehzahl der Maschine ändert.

Die in Fig. 8 dargestellte Regelschaltung 2OC ist so aufgebaut, daß sie eine Proportionalverstärkung eines positiven und eines negativen Eingangssignals jeweils bei niedrigen Maschinendrehzahlen mit unterschiedlichen Proportionalitätskonstanten durchführt. Diese Regelschaltung 2OC weist einen Integrator 24C, einen Proportionalverstärker 26 und eine Addierschaltung 28 auf, die alle in der bekannten Weise aufgebaut und angeordnet sind. Weder der Integrator 24C noch der Proportionalverstärker 26 haben eine den Regelmittelwert verschiebende Funktion. Die Regelschaltung 2OC weist einen weiteren zweiten Proportionalverstärker 60 auf, der parallel zum gewöhnlichen Proportionalverstärker 26 liegt. Der zweite Proportionalverstärker 60 weist einen Funktionsverstärker 62 auf, der über einen Widerstand 64 mit einer Gegenkopplung versehen ist. Eine Eingangsleitung zum Anlegen des Ausgangssignals der Abweichungsdetektorschaltung 18 an die negative Eingangsklemme des Funktionsverstärkers 62 enthält einen Widerstand 66 und eine Diode 68, die dann leitend ist, wenn das Eingangssignal negativ ist. Die Ausgangsklemme dieses Proportionalverstärkers 60 liegt über einen Transistor 70 an Masse, und die im Vorhergehenden beschriebene Kombination aus dem Sensor 54 für die Drehzahl der Maschine, dem Wandler 56 und dem Komparator 58 hält den Transistor 70 nicht leitend, wenn die Drehzahl der Maschine unter einer bestimmten Drehzahl liegt.

Der Proportionalverstärker 60 hat keinen Anteil an der Erzeugung des Regelsignals, wenn die Drehzahl der Maschine über der vorbestimmten Drehzahl liegt. Nur wenn die Drehzahl der Maschine unter der vorbestimmten Drehzahl liegt und ein negatives Eingangssignal an der Regelschaltung 2OC liegt, wird ein Ausgangssignal vom Proportionalverstärker 60 der Addierschaltung 28 geliefert und zu den Ausgangssignalen des Integrators

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• a:

24c und des Proportionalverstärkers 26 addiert. Folglich hat das Ausgangssignal der Regelschaltung 24C bei niedrigen Maschinendrehzahlen eine Wellenform, wie sie auf der rechten Seite von Fig. 9 dargestellt ist. Dabei sei angenommen, daß die positiven und negativen Signale, die abwechselnd durch den Komparator 18 geliefert werden, dieselbe und konstante Amplitude sowohl in Fig. 6 und Fig. 9 haben. Wenn bei niedrigen Drehzahlen der Maschine das Eingangssignal ein positives Signal ist, hat der Proportionalanteil des Regelsignals eine Amplitude, wie sie mit P^ in Fig. 9 bezeichnet ist. Bei einem negativen Eingangssignal hat der Proportionalanteil eine Größe P₂> die um die Amplitude des Ausgangssignals des zweiten Proportionalverstärkers 60, die mit P^ bezeichnet ist, über P^ liegt. Bei hohen Maschinendrehzahlen ist die Amplitude des Proportionalanteils unabhängig vom Vorzeichen des Eingangssignals, wie es auf der linken Seite von Fig. 9 dargestellt ist. Bei der Regelschaltung 2OC bleibt der Regelmittelwert auf dem Grundwert niQ konstant, solange die Drehzahl der Maschine über der vorbestimmten Drehzahl liegt. Er verschiebt sich jedoch zu einem anderen Wert m^ bei niedrigeren Maschinendrehzahlen, was bedeutet, daß die Regelung entweder auf das vorbestimmte Kraftstoff-Luftverhältnis oder auf das vorläufige Kraftstoff-Luftverhältnis gerichtet ist, das festliegt. Es ist jedoch möglich, diese Regelschaltung 2OC so abzuwandeln, daß sie fortlaufend das vorläufige Kraftstoff-Luftverhältnis einer Änderung der Drehzahl der Maschine entsprechend verändert.

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Claims

Pate nt a η s ρ r ü c he

Regelvorrichtung zum Halten des Kraftstoff-Luftverhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zugeführten verbrennbaren Gemisches auf einem vorbestimmten Wert, mit einer elektrisch steuerbaren Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung, mit einem Abgassensor, der in die Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingebaut ist und ein erstes elektrisches Signal erzeugt, das die Konzentration eines bestimmten Bestandteils des Abgases als Kennzeichen für ein tatsächlich vorliegendes Kraftstoff-Luftverhältnis wiedergibt, mit einer Abweichungsdetektorschaltung, die ein zweites Signal erzeugt, das eine Abweichung des ersten Signals von einem Bezugssignal wiedergibt,und mit einer Regelschaltung zum Erzeugen eines Regelsignals, um die Funktion der Kraftstoff und Luft porportionierenden Einrichtung auf der Basis des zweiten Signals zu regeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung eine Kompensationseinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases an einem Abschnitt der Abgasleitung, an dem der Abgassensor eingebaut ist, die Richtung der Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses aufgrund des Regelsignals von dem vorbestimmten Verhältnis auf ein vorläufiges Verhältnis leicht verschiebt, um eine Änderung der Ausgangskennlinie des Abgassensors mit einer Änderung der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu kompensieren.
2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung einen Integrator aufweist, der auf

Λ.

der Basis einer Integration des zweiten Signals das Regelsignal erzeugt, wobei die Kompensationseinrichtung die leichte Verschiebung der Richtung der Regelung durch eine Änderung der Zeitkonstante für die Integration erreicht.
3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante fortlaufend in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine als Kennzeichen für die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des ibgases verändert wird.
4. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante nur dann geändert wird, wenn die Drehzahl der Maschine als Kennzeichen für die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases unter einer bestimmten Drehzahl liegt.
5. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung einen Proportionalverstärker enthält, der das Regelsignal auf der Basis einer Proportionalverstärkung des zweiten Signales erzeugt, wobei die Kompensationseinrichtung die leichte Verschiebung der Richtung der Regelung dadurch erreicht, daß sie die Proportionali tätskoKiante für die Verstärkung ändert.
6. Regelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionalitätskonstante nur dann geändert wird, wenn die Drehzahl der Maschine als Kennzeichen für die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases unter einer vorbestimmten Drehzahl liegt.
7. Regelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionalitätskonstante einen konstanten Wert einnimmt, während die Drehzahl der Maschine über der vorbestimmten Drehzahl liegt, jedoch einen anderen konstanten Wert annimmt, wenn die Drehzahl der Maschine unter der

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vorbestimmten Drehzahl liegt.
8. Regelvorrichtung zum Halten des Kraftstoff-Luftverhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zugeführten verbrennbaren Gemisches auf einem vorbestimmten Verhältnis, gekennzeichnet durch eine elektrisch regelbare Kraftstoff und Luft proportionierende Einrichtung, durch einen Sauerstoffsensor von der -Art einer Konzentrationszelle mit einer Schicht aus einem Feststoffelektrolyten, der in die Abgasleitung der Maschine eingebaut ist und ein erstes elektrisches Signal erzeugt, das die Konzentration des Sauerstoffs im Abgas als Kennzeichen des tatsächlich vorherrschenden Kraftstoff-Luftverhältnisses wiedergibt, wobei das erste Signal auf einem ersten Spannungspegel liegt, während das tatsächlich vorliegende Kraftstoff-Luftverhältnis unter einem stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis liegt, jedoch auf einem zweiten Spannungspegel unter dem ersten Spannungspegel liegt, wenn das tatsächlich vorliegende Kraftstoff-Luftverhältnis über dem stöchiometrischen Verhältnis liegt, wobei der Zeitspannungsgradient des Überganges des ersten Signals von einem der beiden Spannungspegel zum anderen sich in abhängigkeit von der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases an dem Abschnitt der Abgasleitung ändert, an dem der Sauerstoffsensor eingebaut ist, und wobei der Gradient mit abnehmender Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit des Abgases insbesondere dann kleiner wird, wenn der Übergang vom ersten Spannungspegel zum zweiten Spannungspegel verläuft, durch eine Abweichungsdetektorschaltung, die ein zweites Signal erzeugt, das die Abweichung des ersten Signals von einem Bezugssignal wiedergibt, und durch eine Regelschaltung, die ein Regelsignal zum Regeln der Funktion der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung auf der Basis des zweiten Signals erzeugt, wobei die Regelschaltung eine Kompen-

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sationseinrichtung aufweist, um in Abhängigkeit von der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases die Richtung der Kraftstoff- und Luftregelung aufgrund des Regelsignals von dem vorbestimmten Verhältnis zu einem vorläufigen Verhältnis leicht zu verschieben, um eine Abweichung des tatsächlichen Kraftstoff-Luftverhältnisses von dem vorbestimmten Verhältnis zu vermeiden, die einer Änderung des Gradienten zuzuschreiben ist.
9. Regelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung einen Integrator zum Erzeugen des Regelsignals auf der Basis einer Integration des zweiten Signals aufweist, wobei die Kompensationseinrichtung die leichte Verschiebung der Richtung der Regelung über eine Änderung der Zeitkonstante für die Integration erreicht.
10. Regelvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante fortlaufend in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine verändert wird.
11. Regelvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator einen Funktionsverstärker, einen Kondensator, über den eine Gegenkopplung zum Funktionsverstärker bewirkt wird, einen ersten Widerstand, über den die Abweichungsdetektorschaltung mit der negativen Eingangsklemme des Funktionsverstärkers verbunden ist, einen zweiten Widerstand, der parallel zum ersten Widerstand geschaltet ist, und eine Diode aufweist, die parallel zum ersten Widerstand derart geschaltet ist, daß sie zwischen der Abweichungsdetektorschaltung und dem zweiten Widerstand liegt und nur dann leitend wird, wenn das zweite Signal .auf einem Pegel innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt.

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