DE2730099A1

DE2730099A1 - Einrichtung zum regeln des verhaeltnisses luft/kraftstoff des betriebsgemisches einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2730099A1
Application number: DE19772730099
Authority: DE
Inventors: Hideaki Norimatsu; Yoshiaki Sato
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1976-07-03
Filing date: 1977-07-02
Publication date: 1978-01-12
Also published as: JPS535333A; US4176626A; JPS614979B2; DE2730099C2

Description

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28.6.1977 Bö/Kö

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

Einrichtung zum Regeln des Verhältnisses Luft/Kraftstoff des Betriebsgemisches einer Brennkraftmaschine

Zusammenfassung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung des Verhältnisses Luft/Kraftstoff des Betriebsgemisches einer Brennkraftmaschine und damit Regeln der Luftzahl, wobei die in den Auspuffgasen der Brennkraftmaschine gemessene Sauerstoffkonzentration als Steuergröße, die gleichzeitig der Luftzahl des Betriebsgemisches entspricht, erfaßt wird und diese Steuergröße als Korrekturgröße in den Regelkreis der Regeleinrichtung eingegeben wird, die entsprechend die Luftzahl des zugeführten Betriebsgemisches auf einen gewünschten Wert einregelt. Wenn eine bestimmte Drehzahl überschritten wird, wird die Regeleinrichtung abgeschaltet und bei weiterer Drehzahlsteigerung die zunächst durch die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung festgelegte Luftzahl-Charakteristik durch korrigierende Steuerung der Betriebsgemischerzeugungseinrichtung entsprechend der Drehzahl geändert. Auf diese Weise ist es möglich, die Brennkraftmaschine in ausgewählten Betriebsbereichen gesteuert mit nichtstöchiometrischem Betriebsgemisch zu betreiben und dabei die Betriebszeit, bei der das Betriebsgemisch einen KraftstoffÜberschuß aufweist, sowie durch die drehzahlabhängige Steuerung des Betriebsgemisches den Kraftstoffverbrauch und die Gefahr der überhitzung eines zugeordneten Abgaskatalysators gering zu halten.

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Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Einrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs aus. Dazu wurde bereits vorgeschlagen, zum Zwecke der Entgiftung der aus einer Brennkraftmaschine stammenden Abgase durch Erfassen einer der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen entsprechenden Steuergröße und deren Verwertung als Korrektursignal in einer Regelschaltung die Luftzahl des der Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches auf eine ganz bestimmte Luftzahl, wie z.B. die Luftzahl ^ = 1 zu korrigieren. Die Steuerung durch einen geschlossenen Regelkreis ist besonders dort nützlich und wirksam, wo es sich darum handelt, selbst bei sehr starken Änderungen der äußeren Bedingungen, wie etwa Änderungen des atmosphärischen Luftdrucks oder Änderungen der Temperatur der angesaugten Luft, die Luftzahl auf einen ganz bestimmten konstanten Wert einzusteuern.

Weiterhin ist es für eine Erhöhung der Regelgeschwindigkeit von großem Vorteil, wenn die ermittelte Steuergröße integriert wird und als solchermaßen gewonnene Korrekturgröße im Regelkreis rückgekoppelt wird, um die von der Betriebsgemischerzeugungseinrichtung eingestellte Betriebsgemischzusammensetzung zu korrigieren. Dabei ist dann, wenn- das Betriebsgemisch über dem gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine geregelt werden soll, zu beachten, daß sich selbst bei den hohen Drehzahlen, wo eine hohe Leistung der Brennkraftmaschine verlangt wird, Situationen ergeben, in denen es nicht möglich ist, einen ganz bestimmten konstanten Wert der Luftzahl einzuhalten und dabei noch die gewünschte Motorleistung zu erzielen. Weiterhin kommt es, wenn man zum Zwecke der Abgasentgiftung einen Katalysator verwendet, vor, daß bei hohen Lasten die Reaktionswärme übermäßig groß wird. Um dies zu verhindern, ist deshalb auch vorgeschlagen worden, bei hohen Lasten die Regelung der Luftzahl abzuschalten und durch eine Steuerung zu ersetzen, um so eine gewünschte Charakteristik zu erhalten und das Betriebsgemisch mit Kraftstoff anzureichern. Vom Gesichtspunkt des Kraftstoff-

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Verbrauchs her gesehen ist es jedoch nicht vorteilhaft, bei jedem Abschalten der Regelung ein Betriebsgemisch mit einem ganz bestimmten konstanten mit Kraftstoff angereichterten Kraftstoff/Luft-Mengenverhältnis zuzuführen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es möglich ist, eine sehr weitgehende Reduzierung des prozentualen Anteils der Betriebszeit mit einem fetten Betriebsgemisch und eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs dadurch zu erreichen, daß bei einer bestimmten hohen Drehzahl der Brennkraftmaschine die Regelung abgeschaltet wird.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfimdung dargestellt, das in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert wird. Es zeigen Figur 1 ein praktisches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung in -Form eines Blockschemas, Figur 2 ein elektrisches Schaltbild mit den wichtigsten Teilen der Regeleinrichtung gemäß der Ausführung nach Figur 1 und Figur 3 ein Charakteristikdiagramm, zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Beschreibung der Erfindung

Im folgenden soll nun die vorliegende Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten praktischen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Figur 1 zeigt den Aufbau der gesamten Einrichtung mit einer Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1, die Mittel aufweist, mit denen dem Ansaugsystem der Brennkraft-

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maschine 2 ein Betriebsgemisch aus Luft und Kraftstoff zugeführt wird und aus einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung. In den genannten Mitteln ist eine den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine entsprechende Luftzahlcharakteristik im voraus festgelegt worden. Eine 7) -Sonde 3 zur Messung der Luftzahl ist im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine 2 angeordnet und erzeugt in bekannter Weise eine Steuergröße, die der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen der Brennkraftmaschine entspricht. Bei dieser /VSonde handelt es sich um jene bekannte Art, die bei sich ändernder Sauerstoffkonzentration im Abgas eine sprungartige Änderung ihrer Ausgangssteuergröße aufweist. Das Regelsystem, welches die von der ^-Sonde kommende Steuergröße zur Korrektur der Zusammensetzung des der Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches erfaßt, weist in einer Regelschaltung 4 eine Unterscheidungsschaltung auf, die die von der Sonde abgegebene Steuergröße mit einem festgelegten Referenzwert vergleicht und Unterscheidungswerte erzeugt, die von einer Integrationsschaltung integriert werden. Die Integrationsschaltung gibt einen Integralwert ab, der eine den Unterscheidungswert entsprechende Zunahme- bzw. Abnahme-Charakteristik hat. Ferner enthält das Regelsystem eine die Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 erfassende Drehzahlgeberschaltung 5, eine das von dieser örehzahlgeberschaltung 5 erzeugte Drehzahlsignal mit einem im voraus festgelegten Wert vergleichende Unterbrecherschaltung 6, die , wenn die erfaßte Drehzahl den festgelegten Wert überschreitet, die Funktion der Regelschaltung 4 stillsetzt und als Korrektursteuerschaltung eine Kraftstoffmehrmengensignal-Erzeugungsschaltung I₃ welche das Drehzahlsignal verstärkt. Wenn in der Unterbrecherschaltung 6 ein Unterbrechungssignal erzeugt wird, gibt die Kraftstoffmehrmengensignal-Erzeugungsschaltung 7 ein dem verstärkten Drehzahlsignal entsprechendes Signal an die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1, wobei entsprechend der dort im voraus festgelegten Luftzahlcharakteristik eine der Drehzahl entsprechende Kraftstoffmehrmenge erzeugt wird.

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In den übrigen Betriebsbereichen wird der von der Integrationsschaltung kommende Integralwert zur entsprechenden Korrektur der Luftzahl an die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung gegeben. Verfahren und Einrichtungen zur Durchführung solcher Korrekturen sind bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert werden. Durch solche bekannte Einrichtungen können entsprechend dem Integralwert entweder der Anteil der Luftmenge oder der der Kraftstoffmenge am Betriebsgemisch verändert werden.

Im folgenden soll nun die zu dem oben erwähnten Regelsystem gehörenden Schaltungen, nämlich die Drehzahlgeberschaltung 5» die Unterbrecherschaltung 6 und die Kraftstoffmehrmengensignalerzeugungsschaltung 7 anhand der Figur 2 in allen Einzelheiten näher erklärt werden.

Die Drehzahlgeberschaltung 5 besteht aus Widerständen 5a, 5b, 5c, 5d und 5e, aus einem Transistor 5f> aus Kondensatoren 5g und 5h' sowie aus Dioden 5i und 5j. In die Anschlußklemme Ne werden die von der Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1 herkommenden, zur Brennkraftmaschine drehzahlsynchronen Impulssignale eingegeben und über einen zur negativen Versorgungsleitung der Betriebsspannungsquelle mit der Spannung V_R gelegten Spannungsteiler aus den Widerständen 5a und 5b an die Basis des NPN-Transistors 5f gelegt, dessen Emitter an der negativen Versorgungsleitung liegt und zwischen dessen Kollektor und der positiven Versorgungsleitung zwei Widerstände 5d und 5c liegen. Vom Mittelabgriff zwischen diesen Widerständen 5d und 5c wird die sich dort im Takt mit den bei Ne eingegebenen Impulsen ändernde Spannung an einem Kondensator 5g gegeben, der andererseits über eine in Durchlaßrichtung liegende Diode 5j und einem dieser nachgeschalteten Kondensator 5h sowie parallel dazu über eine in Sperrichtung liegende Diode 5i mit der negativen Versorgungsleitung verbunden ist. Parallel zum Kondensator 5h liegt ein Widerstand 5e, vor dem im Punkt A eine zur Anzahl der bei Ne eingegebenen Impulssignale proportional sich im Kondensator 5h

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aufbauende Spannung abnehmbar ist, die der erfaßten Drehzahl entspricht.

Die nachgeschaltete Unterbrecherschaltung 6 besteht aus Widerständen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e und 6f, aus einem Differenzverstärker 6g, sowie aus einem Transistor 6h und einer Diode 6i. Die im Punkt A abgenommene Spannung wird über den Widerstand 6a auf den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers gegeben, dessen invertierender Eingang vom Mittelabgriff eines aus den Widerständen 6b und 6c gebildeten Spannungsteilers versorgt wird. Parallel zu dem Widerstand 6c wird der Widerstand 6d in Reihe mit der Kollektor-Emitterstrecke des NPN-Transistors 6h geschaltet, dessen Basis vom Ausgang B des Differenzverstärkers 6g über einen Widerstand 6e angesteuert wird und über den Widerstand 6f mit der negativen Versorgungsleitung verbunden ist. Durch diese Schaltung erhält der Differenzverstärker 6g die Arbeitsweise eines Schwellwertschalters, der die zur Drehzahl proportionale Ausgangsspannung der Drehzahlgeberschaltung 5 im Punkt A mit der durch die Widerstände 6b und 6c festgelegte Spannung vergleicht und, wenn die Motordrehzahl einen festgelegten Wert überschreitet, im Punkt B eine Spannung + V_ß erzeugt. Bei Anliegen dieser Spannung wird dann in die Regelschaltung 4 über die in Durchlaßrichtung eingesetzte Diode 6i· ein Unterbrechungssignal geleitet und die Regelung stillgesetzt. Dazu wird in der Integratxönsschaltung der Regelschaltung h der Integralwert auf einen ganz bestimmten konstanten Wert fixiert, d.h. z.B., daß der oder die zwischen dem Eingang und dem Ausgang eines Rechenverstärkers eingeschalteten Integrationskondensatoren durch einen Transistor kurzgeschlossen werden und dadurch die Integrationsoperation gestoppt wird.

Die Kraftstoffmehrmengensignal-Erzeugungsschaltung 7 besteht aus Widerständen 7a, 7b, 7c, 7d und 7e, einem Differenzverstärker 7f und Dioden 7g und 7h. Hier wird die am Punkt A abgenommene Spannung über den Widerstand 7a auf den nichtinver-

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tierenden Eingang des Differenzverstärkers 7f gegeben, dessen invertierender Eingang mit einer durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 7b und 7c gebildete Bezugsspannung beaufschlagt wird. Durch Gegenkopplung der am Ausgang C auftretenden Spannung über den Widerstand 7d auf den invertierenden Eingang wird die Verstärkung festgelegt. Der Ausgang C ist über einen Widerstand und eine in dieser Richtung durchlassende Diode 7g mit dem Ausgang B und gleichzeitig über eine gleichermaßen geschaltete Diode 7h, deren Kathode den Ausgang D bildet mit der Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1 verbunden.

Der Differenzverstärker 7f erzeugt bei steigendem Drehzahlsignal oberhalb einer ganz bestimmten, durch die Widerstände 7b und 7c festgelegten Drehzahl im Punkt C eine zu dieser Drehzahlproportionale Ausgangsspannung. Wenn also die Unterbrecherschaltung 6 das Ausgangssignal + V aufweist, fließt der Strom, der zuvor über die Diode 7g zur negativen Versorgungsleitung geflossen ist nun über die Diode 7h zur Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1. In der Betriebsgemischerzeugungseinrichtung erfolgt dann entsprechend der im voraus festgelegten Luftzahlcharakteristik eine diesem Signal entsprechende Kraftstoffmehrmengenerhöhung. Die Erhöhung der Kraftstoffmenge wird bei der elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzanlage der Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1 dadurch erreicht, daß die Kraftstoffeinspritzzeit länger gemacht wird, als bei der auf der im voraus festgelegten Grundluftzahlcharakteristik beruhenden Kraftstoffmenge.

Im folgenden soll nun anhand der Figur 3 die Arbeitsweise der obenbeschriebenen Einrichtung näher erläutert werden. In Figur 3 sind die Spannungswerte bzw. die Stromwerte in einzelnen Punkten A, B, C und D der Schaltung nach Figur 2 über der Drehzahl Ne (U/min.) der Brennkraftmaschine aufgezeichnet. Wenn nun als Motorgrenzdrehzahl ungefährt 4000 U/min gewählt wird und festgelegt wird, daß über diese Drehzahl hinaus der Zustand

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einer hohen Last gegeben ist, dann wird diese Drehzahl für das Stillsetzen der Regelung gewählt und die Widerstandswerte der Widerstände 6b und 6c der Unterbrecherschaltung 6 entsprechend dieser Drehzahl von 4000 U/min, festgelegt. Dagegen werden die Widerstandwerte der Widerstände 7b und 7c der Kraftstoffmehrmengensignalerzeugungseinrichtung 7 so gewählt, daß der damit bestimmte Spannungswert einer etwas niedrigeren Drehzahl als der obengenannten entspricht, also z.B. 3000 U/min.

Wenn also zunächst die Motordrehzahl niedriger ist als die in der Unterbrecherschaltung festgelegte Drehzahl, dann liegt das Potential im Punkt D auf einem niedrigen Niveau. Somit werden, da auch der Ausgang des Differenzverstärkers 7f an der negativen Versorgungsleitung liegt, von der Regelschaltung 4 und von der Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1 die von der Unterbrecherschaltung 6 kommenden Stop-Signale bzw. die von der Kraftstoffmehrmengensignal-Erzeugungsschaltung 7 kommenden Kraftstoffmehrmengensignale nicht aufgenommen. Somit wird also die tatsächliche Luftzahl, auch wenn sie ein wenig von der theoretischen Luftzahl abweicht durch die -Sonde 3 erkannt. Durch die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1 wird dann eine der Abweichung entsprechende Erhöhung bzw. Verringerung der Kraftstoffmenge ausgeführt und die Luftzahl des Gemisches' auf die theoretische Luftzahl eingeregelt.

Wenn dagegen die Motordrehzahl über die festgelegte Drehzahl von 4000 U/min, hinaus ansteigt, geht der Ausgang des Punktes B der Unterbrecherschaltung 6 auf ein hohes Niveau, wodurch die Funktion der Regelschaltung 4 stillgelegt wird und die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1 der Brennkraftmaschine 2 ein der festgelegten Grundluftzahlcharakteristik entsprechendes Betriebsgemisch zuführt. Gleichzeitig werden die von der Kraftstoffmehrmengensignal-Erzeugungsschaltung 7 kommenden Signale über die Diode 7h (D) an die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1 gegeben. Die Diode 7g übernimmt dabei die Funktion einer Torschal-

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tung. Da die am Ausgang D abgenommenen Stromsignale proportional der Motordrehzahl größer werden, führt die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung eine Vergrößerung der Kraftstoffmenge um den zur Motordrehzahl proportionalen Anteil durch, so daß der Kraftstoffanteil in diesem Betriebsbereich entsprechend den in Punkt D abgenommenen Signalen größer als bei der Grundluftzahlcharakteristik ist.

Selbstverständlich können die festgelegte Drehzahl von 4000 U/min für das Stillsetzen der Regelung in der Unterbrecherschaltung und die festgelegte Drehzahl von 3000 U/min für den Beginn der Erzeugung der Kraftstoffmehrmengensignale in der Kraftstoffmehrmengensehaltung 7 durch gegenseitiges Verschieben entsprechend der Chrakteristik der Brennkraftmaschine festgelegt werden.

Wie oben dargelegt wurde, wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine ein im voraus festgelegten Wert überschreitet, die Regelung stillgelegt. Ferner werden der Luftzahlcharakteristik der Kraftstoffzuführeinrichtung der Motordrehzahl entsprechende Korrektursignale zugegeben. Damit wird erreicht, daß man nach dem Stillsetzen der Regelung durch eine der Drehzahl entsprechende Änderung der Konzentration des Betriebsgemisches ein Durchschmelzen des der Abgasentgiftung dienenden Katalysators verhindern kann und daß man gleichzeitig den Fällen gewachsen ist, wo bei hohen Drehzahlen des Motors eine hohe Leistung verlangt wird. Man erreicht ferner in sehr vorteilhafter Weise durch Verringerung des prozentualen Anteils der Betriebszeit, in der die Brennkraftmaschine mit einem fetten Betriebsgemisch betrieben wird, eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs.

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Leerseite

Claims

R. ND 143 28.6.1977 Bö/Kö NIPPONDENSO CO. LTD., Kariya-shi AJcfil-ken, Japan Ansprüche

1. Einrichtung zum Regeln des Verhältnisses Luft/Kraftstoff des Betriebsgemisches einer Brennkraftmaschine und damit Regeln der Luftzahl mit einer Betriebsgemischerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Betriebsgemisches mit festgelegter Luftzahlcharakteristik, mit einer im Abgassystem angeordneten, die Luftzahl des Betriebsgemisches erfassenden Meßsonde und mit einer Regelschaltung, durch die der Integralwert der von der Meßsonde abgegebenen Steuergröße als Korrektursteuergröße mit Zunahme-Abnahme-Charakteristik erfaßbar und entsprechend die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung zur Korrektur der Luft zahl ansteuepbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterbrecherschaltung (6) vorgesehen ist, durch die die Punktion der Regelschaltung (4) dann unterbrechbar ist, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine eine festgelegte Drehzahl überschreitet und eine Korrektursteuerschaltung (7) vorgesehen ist, durch welche nach der Abschaltung der Regelschaltungsfunktion der Betriebsgemischerzeugungseinrichtung für eine festgelegte Luftzahlcharakteristik zur Korrektur Steuersignale zuführbar sind, die der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechen.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecherschaltung (6) aus einem Schwellwertschalter (6g) gebildet wird, dessen einer Eingang mit einer Drehzahlgeberschaltung (5) verbunden ist und dessen Ausgang mit einer Abschalteinrichtung der Regelschaltung (4) verbunden ist und daß die Korrektursteuerschaltung (7) eine Verstärkungseinrichtung (7f) des Drehzahlsignals enthält, der eine Torschaltung nachgeschaltet ist, über die das Ausgangssteuersignal der Verstärkungseinrichtung erst bei Anliegen des die Überschreitung der festgelegten Drehzahl kennzeichnenden Signals an die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung (1) weiterleitbar ist.

3· Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (C) der Verstärkungseinrichtung über eine Diode (7g) mit dem Ausgang (B) des Schwellwertschalters (6g) verbunden ist.

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