DE2727568A1

DE2727568A1 - Einrichtung zum regeln des verhaeltnisses luft/kraftstoff des betriebsgemisches einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2727568A1
Application number: DE19772727568
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Nakamura; Hideaki Norimatsu
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1977-06-18
Publication date: 1977-12-29
Also published as: JPS52154929A; US4143623A; JPS5916090B2

Description

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Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Einrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs aus. Dazu sind eine Vielzahl von Einrichtungen bekannt, mit denen es möglich ist, eine genaue und schnell ansprechende Regelung des Betriebsgemisches auf ein bestimmtes Masseverhältnis von angesaugter Luftmenge zu eingebrachter Kraftstoffmenge bzw. auf eine bestimmte Luftzahl > unabhängig von den Schwankungen des Drucks und der Temperatur der angesaugten Luft zu erzielen. Beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine ist jedoch eine solche genaue Regelung nicht erwünscht, insbesondere, wenn damit eine Luftzahl eingeregelt werden soll mit einem Wert von *λ größer 1. Um eine optimale Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine zu erzielen, ist es wichtig, daß bei starker Beschleunigung bzw. bei Volllastbetrieb das Kraftstoffgemisch leicht fett eingestellt wird mit einem Wert von ^ kleiner 1. Umgekehrt lassen sich erhebliche Mengen an Kraftstoff einsparen, wenn die Brennkraftmaschine während des Schubbetriebs sehr mager gefahren wird. Auch in diesem Betriebsbereich ist eine genaue Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bzw. der Luftzahl nicht erwünscht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß in einfacher Weise die oben erwähnten Nachteile vermieden werden können. In vorteilhafter Weise geschieht dies durch Unterbrechen der Integration, wobei der Integrationsendwert erhalten bleibt und bei Wiedereinsetzen der Regelung wieder übernommen werden kann. Während des Zustands der Steuerung wird somit vermieden, daß der Integrator entsprechend der dann herrschenden und weiterhin von der Abgas-

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meßsonde signalisierten Fehlanpassung zu einem Extremwert weiterintegriert, der bei der Wiedereinschaltung der Regelung zu Laufstörungen führen würde.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert wird. Es zeigen Figur 1 die erfindungsgemäße Einrichtung in einem Ausführungsbeispiel und Figur 2 den Spannungsverlauf des Abgas-Sondenausgangssignals und des Integrator-Ausgangssignals über der Zeit.

Beschreibung der Erfindung

Die Figur 1 zeigt ausschließlich die Regelschaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung. In dem Auspuffsystem einer in der Zeichnung nicht dargestellten Brennkraftmaschine ist eine Abgasmeßsonde angebracht, die z.B. eine bekannte Sauerstoffmeßsonde sein kann, welche den freien Sauerstoff im Abgas der Brennkraftmaschine erfaßt und deren Ausgangssignal beim Übergang von sauerstoffreichem zu sauerstoffarmem Abgas einen Spannungssprung aufweist. Mit Hilfe des Spannungssprungs kann eine Luftzahl von /^=I eingeregelt werden. In bekannter Weise ist der Abgasmeßsonde eine Vergleichsschaltung 2 und dieser ein Integrator 4 nachgeschaltet. Der Integrator k ist an eine in der Zeichnung nicht dargestellte bekannte Steuereinrichtung zur Bildung des Betriebsgemisches nach Menge und Zusammensetzung wie z.B. eine elektronisch gesteuerte Kraftstoff-Einspritzvorrichtung angeschlossen und korrigiert entsprechend seinem Ausgangssignal die Zusammensetzung des Betriebsgemisches und damit die Luftzahl ^ des Betriebsgemisches. Zwischen der Vergleichsschaltung 2 und dem

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Integrator 4 ist eine Schaltvorrichtung 3 eingeschaltet, welche von einer Steuereinrichtung 5 zur Steuerung des Durchgangs zum Integrator angesteuert wird. Die Schaltvorrichtung 3 kann dabei ein nur bei Stromdurchgang öffnendes Relais oder ein anderer Schalter sein, wie das in der Zeichnung darger ; -„-stellt ist.

Die der Abgasmeßsonde nachgeschaltete Vergleichsschaltung 2 ist in bekannter Weise aufgebaut und weist einen Komparator 2m auf, dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand 2k am Mittelabgriff eines Brückenzweigs aus den Widerständen 2i und 21 liegt. Der invertierende Eingang des Kctnparators 2m liegt über den Eingangswiderstand 2j am Mittelabgriff VO des anderen Brückenzweiges, der aus den Widerständen 2f und 2g und den diesen vor- bzw. nachgeschalteten Kollektor-Emitter-Strecken von zwei Transistoren 2d und 2h besteht. Die Basis des Transistors 2h liegt am Ausgang der Abgasmeßsonde 1, während die Basis des Transistors 2d über einen Spannungsteiler aus den Widerständen 2b, 2c und 2e mit einer eingestellten Spannung versorgt wird. Eine Zenerdiode 2a sorgt für eine stabilisierte Spannung.

Die eingangsseitige Brückenschaltung des Komparators ist so aufgebaut, daß, wenn die Basisspannung des Transistors 2h bzw. die Ausgangsspannung der Abgasmeßsonde 1 gleich der Spannung am Widerstand 2b ist, die durch die Widerstände 2f und 2g geteilte Abgriffsspannung Vo für den invertierenden Eingang gleich der durch die Widerstände 2i und 21 geteilte Abgriffsspannung für den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 2m ist. Diese Spannung ist Vg/?- ^Wenn also die Ausgangsspannung der Meßsonde 1 entsprechend einer Luftzahl von ^. kleiner 1 hoch ist, hat die Ausgangsspannung des Komparators 2m ein niedriges Niveau und umgekehrt, wenn die Ausgangsspannung der Abgasmeßsonde 1 niedrig ist, entsprechend einer Luftzahl

^\ größer 1 hat die Ausgangsspannung des Komparators 2m ein hohes Niveau.

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Der Integrator 4 besteht aus einem Operationsverstärker 4d, in dessen Rückführkreis zum invertierenden Eingang ein Kondensator 4c angeordnet ist. Am Eingang des invertierenden Eingangs ist ein Widerstand 4a und als Eingangswiderstand für den nichtinvertierenden Eingang ein Widerstand ¹Ib vorgesehen. Auf der Ausgangsseite des Operationsverstärkers liegt ein Widerstand 4e, dem eine Diode Uf nachgeschaltet ist. Der Integrator ist so aufgebaut, daß als Eingangsspannung auf den invertierenden Eingang die Kollektorspannung von zwei Transistoren 2r und 2u auf der Ausgangsseite der Vergleichsschaltung 2 über die Schaltvorrichtung 3 eingegeben wird und daß als Eingangsspannung auf den nichtinvertierenden Eingang die Mittelabgriffsspannung eines Spannungsteilers aus den Widerständen 2n, 2o, 2p und 2q zwischen der positiven und der negativen Versorgungsleitung eingegeben wird. Diese Spannung hat den Betrag von V_R,_?. Die Basen der Transistoren 2r und 2u sind über einen Widerstand 2s einerseits und einen Widerstand 2p andererseits mit dem Ausgang des Komparators 2m verbunden. Der Emitter des einen als PNP-Transistor ausgeführten Transistors 2r liegt über den Spannungsteiler-Widerstand 2n an der positiven Versorgungsleitung, während der Emitter des anderen Transistors 2u vom NPN-Typ über den Spannungsteiler-Widerstand 2q an der negativen Versorgungsleitung liegt. Durch diese Anordnung wird in bekannter Weise der Ausgang des Komparators 2m an den nachfolgenden Integrator 4 angepaßt.

So lange der Schalter der Schaltvorrichtung 3 geschlossen ist, wird entsprechend dem dort weitergeleiteten Signal ein Integrationsvorgang in positiver oder negativer Richtung durchgeführt. Wird jedoch der Schalter geöffnet, so wird die Verbindung zum invertierenden Eingang des Integrators 4 unterbrochen und die Ausgangsspannung des Integrators auf dem zum Zeitpunkt des öffnens des Schalters vorliegenden Integrationswert entsprechend dem Ladezustand des Kondensators 4c gehalten.

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Die Ausgangsspannung des Integrators H ist ein Faktor, mit dem die Luft zahl des der Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches korrigiert werden kann. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wurde der Integrator H so ausgelegt, daß er eine Ausgangsspannung V_R,„ hat, wenn die tatsächliche Korrekturgröße gleich 0 ist. In anderen Fällen wird um eine Gemischzusammensetzung mit ¹^ gleich 1 zu erhalten die Steuereinrichtung zur Bildung des Betriebsgemisches so korrigiert, daß die vorhandene Luftzahl ^] entsprechend der Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Integrators 4 und der konstanten Spannung V_n.„ vergrößert oder verkleinert wird.

ti/ d.

Die Steuereinrichtung 5 enthält einen Drosselklappenschalter 6, welcher die volle Öffnung und die volle Schließung der im Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordneten, in bekannter Weise zur Gemischmengensteuerung dienenden Drosselklappe als spezielle Betriebszustände der Brennkraftmaschine erfaßt. Sie besteht im übrigen aus den Widerständen 5a₅ 5b, 5d, 5f und 5h, aus einem Transistor 5c und aus Dioden 5e, 5g₅ 5i und 5j· Die Steuereinrichtung 5 ist so aufgebaut, daß sie in Abhängigkeit vom Öffnen und Schließen der Drosselklappe 6 nicht nur den Stromdurchgang des Relais der Schaltvorrichtung 3, sondern auch die Eingangsspannung am nichtinvertierenden Eingang des Integrators Ί steuert.

Der Drosselklappenschalter 6 weist einen Schaltkontakt 6c auf, der entsprechend der Drosselklappenbewegung zwischen einem Kontakt 6b und einem Kontakt 6a bewegbar ist und selbst mit der positiven Versorgungsleitung verbunden ist. Der eine Kontakt 6b ist über eine Flußrichtung gepolte Diode 5i über einen Widerstand 5h und dem Eingangswiderstand Hb mit dem nichtinvertierenden Eingang des Integrators H verbunden. Gleichzeitig besteht eine Verbindung über eine in Flußrichtung gepolte Diode 5j zum Anschluß an den anderen Kontakt 6a, der seinerseits über einen Spannungsteiler aus den Wider-

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ständen 5a und 5b an der negativen Versorgungsleitung liegt. Der Mittelabgriff zwischen den Widerständen 5a und 5b bestimmt die Spannung der Basis eines Transistors 5c, dessen Kollektor-Emitter-Strecke eine Verbindung zur negativen Versorgungsleitung bei entsprechender Ansteuerung herstellt. Es ist damit über eine Diode 5g der Stromkreis des Relais der Schaltvorrichtung 3 schließbar und der nichtinvertierende Eingang des Integrators 4 über einen Widerstand 5d, eine Diode 5e und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 5c gleichzeitig mit der negativen Versorgungsleitung verbindbar. Der Kollektor des Transistors weist ferner einen Kollektorwiderstand 5f auf.

Im folgenden soll nun die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung mit dem oben beschrieben Aufbau anhand der Figur 2 näher erläutert werden. Wenn sich die Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb befindet, kommt die Drosselklappe weder in ihre vollständig geschlossene noch in ihre vollständig geöffnete Stellung und der bewegliche Schaltkontakt 6c des Drosselklappenschalter 6 weder mit dem festen Kontakt 6a noch mit dem festen Kontakt 6b in Berührung. Der Transistor 5c vom NPN-Typ bleibt dabei gesperrt. In diesem Betriebszustand wird die Ausgangsspannung der Abgasmeßsonde 1, wie das in Figur 2 (A) zu sehen ist, in kurzem Zyklus wechselweise auf hohes und auf niedriges Niveau gebracht, entsprechend der vorherrschenden Regelschwingung und in der Vergleichsschaltung 2 mit der auf die Luftzahl "^ = I bezogenen Spannung verglichen. Am Ausgang der Vergleichsschaltung tritt dann ein geformtes zum Sondensignal invertiertes Rechtecksignal auf. Das über den geschlossenen Sehalter bzw. das geschlossene Relais der Schaltvorrichtung 3 zum invertierenden Eingang des Integrators ¹J geführt wird und dort über die Zeit integriert wird.

Auf diese Weise wird also die Ausgangsspannung des Integra-

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tors, wie das der Figur 2 (B) zu entnehmen ist, entsprechend dem Ausgangssignal der Abgasmeßsonde 1 erhöht oder verringert. Bei hohem Spannungsniveau am invertierenden Eingang des Integrators integriert dieser in negativer Richtung und bei niedrigem Spannungsniveau am invertierenden Eingang integriert der Integrator in positiver Richtung. Es entsteht dadurch eine sägezahnförmige Kurve mit gleicher Frequenz wie die des Rechtecksignals am Eingang des Integrators. Entsprechen dem Ausgangssignal des Integrators wird z.B. durch Korrektur der einzuspritzenden Kraftstoffmenge das Luft/Kraftstoff-Verhältnis über die Steuereinrichtung zur Bildung des Betriebsgemisches so korrigiert, daß die gewünschte Luftzahl ^ eingehalten wird.

Wenn zum Zeitpunkt ti die Drosselklappe vollständig geschlossen wird, dann kommt der bewegliche Schaltkontakt 6c des Drosselklappenschalters 6 mit dem festen Kontakt 6a in Berührung. Dadurch wird das Basispotential des Transistors 5c angehoben und der Transistor durchschaltet. Der Durchschaltzustand des Transistors 5c bewirkt, daß die Eingangsspannung am nichtinvertierenden Eingang des Integrators 4 auf einen Wert eingestellt wird, welcher niedriger ist als die bisher vorhandene konstante Spannung V_R/p· Gleichzeitig erhält die Schaltvorrichtung 3 über die Diode 5g Strom, so daß der Schalter geöffnet werden kann. Dies hat zur Folge, daß die Verbindung zwischen der Vergleichsschaltung 2 und dem Integrator unterbrochen wird und damit auch der Integrationsvorgang "des Integrators. Durch die über den Widerstand 5d und die Diode 5e hergestellte Verbindung zur negativen Versorgungsleitung wird die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Integrators 4 abgesenkt und die Ausgangsspannung des Integrators 4, wie das der Figur 2 (B) zu entnehmen ist, von dem Wert, den sie im Zeitpunkt t₁ hatte um einen ganz bestimmten Wert abgesenkt. Dieser Wert wird, so lange die Drosselklappe geschlossen ist, aufrechterhalten. Da die dabei erreichte Ausgangsspannung des Integrators k

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niedriger ist als die konstante Spannung V_0/n wird die zu

ts/ ά

korrigierende Luftzahl des Betriebsgemisches größer als 7^s = 1. Dies ist bei einem Verzögern der Brennkraftmaschine, wie z.B. beim Schubbetrieb wünschenswert. Natürlich zeigt das Ausgangssignal der Abgasmeßsonde bei dieser Betriebsweise weiterhin an, wie die Abgaszusammensetzung ist. In diesem Fall gibt die Abgasmeßsonde einen Wert mit niedrigem Spannungsniveau entsprechend dem mageren Betriebsgemisch ab.

Wenn dann im Zeitpunkt t~ die Drosselklappe wieder geöffnet wird, wird der invertierende Eingang des Integrators H durch Schließen des Relais der Schaltvorrichtung 3 wieder mit dem Komparatorausgang verbunden und das Spannungsniveau am nichtinvertierenden Eingang wieder auf das ursprüngliche Niveau V .„ gebracht. Die Ausgangsspannung des Integrators 4 wird dann, wie das der Figur 2 (B) zu entnehmen ist, wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt, welchen sie unmittelbar vor dem Umschalten im Zeitpunkt t.. hatte. Von diesem Zeitpunkt an arbeitet die Einrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Betriebsgemisches wieder in der ursprünglichen und oben beschriebenen Weise.

Wenn im anderen Fall zum Zeitpunkt t^, die Drosselklappe in die vollständig geöffnete Stellung gebracht wird, kommt der bewegliche Schaltkontakt 6c des Drosselklappenschalters 6 mit dem festen Kontakt 6b in Berührung. Über die Diode 5j wird sodann der Spannungsteiler 5a, 5b mit Strom versorgt, so daß der Transistor 5c durchschalten kann. Dies hat wie im vorstehend beschriebenen zur Folge, daß der Stromkreis der Schaltvorrichtung 3 über die.Diode 5g und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 5c geschlossen wird und eine Verbindung vom nichtinvertierenden Eingang des Integrators ¹I über den Widerstand 5d, die Diode 5e und den Transistor 5c zur negativen Versorgungsleitung herstellt wird. Ferner wird über die Diode 5e und den Widerstand 5h die

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Spannung V an den nichtinvertierenden Eingang des Integrators 4 angelegt, so daß der nichtinvertierende Eingang einen größeren Wert als die ursprünglich konstante Spannung aufweist. Dadurch wird die Ausgangsspannung des Integrators ty im Zeitpunkt t^., wie dies auch der Figur 2 (B) zu entnehmen ist, um einen ganz bestimmten Wert erhöht, so daß der erreichte Wert größer ist als die konstante Spannung V_R ,„ solange die Drosselklappe sich in der vollständig geöffneten Stellung befindet. Durch Öffnen des Relais der Schaltvorrichtung 3 wird der Integrationswert des Integrators 5 zum Zeitpunkt t., festgehalten. Durch die Erhöhung des Ausgangssignals des Intgrators ty wird eine Luftzahl ^ kleiner 1 eingesteuert, so daß die Brennkraftmaschine mit einer gewünschten Anfettung und mit optimaler Leistungsabgabe während der Vollaststellung der Drosselklappe arbeitet.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zwar die Unterbrechung der Integration und das Ändern der Integrator-Ausgangsspannung um einen bestimmten gewünschten Betrag in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe durchgeführt. Man kann diese Steuerung jedoch auch unter anderem im Zusammenhang mit dem Druck in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine, im Zusammenhang mit der Drehzahl oder anderen Parametern durchführen. Insbesondere kann auch die Stellung des Schaltkontakts 6c durch eine entsprechende Einrichtung von mehreren Parametern, wie z.B. den schuberkennenden Parametern wie Drehzahl der Brennkraftmaschine und Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine, abhängig gemacht werden.

Wie oben beschrieben wird bei der vorliegenden Erfindung das Ausgangssignal der Abgasmeßsonde entsprechend der Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine bzw. der Luftzahl in Bezug auf ein mittleres Niveau erhöht oder verringert und in Richtung dieser Erhöhung oder Verringerung integriert. Bei

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einem bestimmten ausgewählten Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird der Integralwert um einen bestimmten Betrag erhöht oder verringert und so lange aufrecht erhalten, so lange dieser ausgewählte Betriebszustand ansteht. Entsprechend diesem gesteuerten Integralwert wird die Zusammensetzung des Betriebsgemisches eingestellt. Dadurch wird erreicht, daß obwohl die Steuereinrichtung zur Bildung des Betriebsgemisches wie etwa der Vergaser so gesteuert wird, daß ein Luft/Kraftstoff-Gemisch mit einer Luftzahl von ^\ = 1 zugeführt werden soll, bei einem ausgewählten Betriebszustand diese Luftzahl auf einen anderen gewünschten Wert gebracht wird.

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Leerseit

Claims

IO.5.I977 Bö/Kö

NIPPONDENSO CO. LTD., Kariya-shi, Aichi-ken, Japan

Ansprüche

_ν·JEinrichtung zum Regeln des Verhältnisses Luft/Kraftstoff des Betriebsgemisches einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasmeßsonde entsprechend deren zu- und abnehmenden Ausgangssignale eine Integrationseinrichtung steuerbar ist, der eine Verstelleinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Betriebsgemisches nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltvorrichtung (3) vorgesehen ist, durch die gesteuert durch wenigstens einen einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Parameter der Integrationsvorgang der Integrationseinrichtung (4) unterbrechbar und dabei der Ausgangswert der Integrationseinrichtung um einen bestimmten Betrag zur ersatzweisen Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses änderbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (3) einen Schalter in der Verbindung zum invertierenden Eingang eines als Integrator (¹I) geschalteten Operationsverstärkers (¹Jd) aufweist, sowie eine Steuereinrichtung (5) zum Betätigen der Schaltvorrichtung (3) und zur gleichzeitigen Verbindung des nichtinvertie-

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renden Eingangs des Integrators (4) mit einer Spannungsquelle mit bestimmtem Spannungsniveau.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) einen entsprechend wenigstens einem ausgewählten Betriebsparameter betätigbaren Schaltkontakt (6c) aufweist, der nur in dessen Endstellungen ein Steuersignal zur Betätigung der Schaltvorrichtung (3) und Verbindung des nichtinvertierenden Eingangs des Integrators (4) mit der Spannungsquelle abgibt.
k. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkontakt (6c) mit einer im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe gekoppelt ist, daß die Endstellungen des Schaltkontakts (6c) der Schließstellung und der ganz geöffneten Stellung der Drosselklappe entsprechen und daß der nichtinvertierende Eingang des Integrators (¹I) über den Schaltkontakt mit einer Spannung verbindbar ist, die gegenüber der dort bisher anliegenden Spannung wesentlich erhöht oder wesentlicht erniedrigt ist.
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