DE2730099C2 - Einrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Betriebsgemisches einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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If nen Betriebspunkt die erforderliche Kraftstoffmenge Luftzahlcharakteristik eine der Drehzahl entsprechende

|i genau an die Bedürfnisse der Brennkraftmaschine an- Kraftstoffmehrmenge erzeugt wird.

JK passen. Sowohl bezüglich des Leistungsvermögens als In den übrigen Betriebsbereichen wird der von der

■■?! auch des Abgasverhaltens der Brennkraftmaschine ist Integrationsschaltung kommende Integralwert zur ent-

V? dies von wesentlicher Bedeutung. 5 sprechenden Korrektur der Luftzahl an die Betriebsge-

\^:; mischerzeugungseinrichtung gegeben. Verfahren und

•ä Zeichnung Einrichtungen zur Durchführung solcher Korrekturen

sind bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert

;■" In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er- werden. Durch solche bekannte Einrichtungen können

findung dargestellt, das in der nachfolgenden Beschrei- io entsprechend dem Integralwert entweder der Anteil der

bung näher erläutert wird. Es zeigt Luftmenge oder der der Kraftstoffmenge am Betrisbs-

}\ΐ F i g. 1 ein praktisches Ausführungsbeispiel der erfin- gemisch verändert werden.

f dungsgemäßen Einrichtung in Form eines Blocksche- Im folgenden sollen nun die zu dem oben erwähnten

ί: mas. Regelsystem gehörenden Schaltungen, nämlich die

F i g. 2 ein elektrisches Schaltbild mit den wichtigsten 15 Drehzahlgeberschaltung 5, die Unterbrecherschaltung 6

β Teilen der Regeleinrichtung gemäß der Ausführung und die Kraftstoffmehrmengensignal-Erzeugungsschal-

ΐ| nach F i g. 1 und tung 7 anhand der F i g. 2 in allen Einzelheiten näher

|i F ig. 3 ein Charakteristikdiagramm zur Verdeutli- erklärt werden.

jri chung des· Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Ein- Die Drehzahlgeberschaltung 5 besteht aus Wider-

pj richtung. 20 ständenSa.Sö.Sc.Sc/undSftauseinemTransistors/;aus

M Kondensatoren 5g und 5h sowie aus D^den 5/ und 5/ In

§2 Beschreibung der Erfindung die Anschlußklemme Ne werden die von der Betriebs-

i| gemischerzeugungseinrichtumg 1 herkommenden, zur

. ]i Im folgenden soll nun die vorliegende Erfindung an- Brennkraftmaschine drehzahlsynchronen ImpuSssignale

^ hand des in den Figuren dargestellten praktischen Aus- 25 eingegeben und über einen mit der negativen Versor-

kj führungsbeispiels näher erläutert werden. F i g. 1 zeigt gungsleitung der Betriebsspannungsquelle mit der

H den Aufbau der gesamten Einrichtung mit einer Be- Spannung Ve verbundenen Spannungsteiler aus den Wi-

3 triebsgemischerzeugungseinrichtung 1, die Mittel auf- derständen 5a und 5b an die Basis des NPN-Transistors

Jj weist, mit denen dem Ansaugsystem der Brennkraftma- 5/gelegt, dessen Emitter an der negativen Versorgungs-

|| schine 2 ein Betriebsgemisch aus Luft und Kraftstoff 30 leitung liegt und zwischen dessen Koüaktor und der

I zugeführt wird mittels einer elektronisch gesteuerten positiven Versorgungsleitung zwei Widerstände 5d und J Kraftstoffeinspritzeinrichtung. In den genannten Mit- 5c liegen. Vom Mittelabgriff zwischen diesen Wideri| teln ist eine den Betriebszuständen der Brennkraftma- ständen 5d und 5c wird die sich dort im Takt mit den bei h schine entsprechende Luftzahlcharakteristik im voraus Ne eingegebenen Impulsen ändernde Spannung an eij| festgelegt worden. Eine /Z-Sonde 3 zur Messung der 35 nem Kondensator 5g gegeben, der andererseits über ja Luftzahl ist im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine 2 eine in Durchlaßrichtung liegende Diode 5/ und einem

II angeordnet und erzeugt in bekannter Weise eine Steu- dieser nachgeschalteten Kondensator 5k sowie parallel Il ergröße, die der Sauerstoffkonzentration in den Abga- dazu über eine in Sperrichtung liegende Diode 5/ mit % sen der Brennkraftmaschine entspricht Bei dieser A- der negativen Versorgungsleitung verbunden ist F^ral- <i Sonde handelt es sich um jene bekannte Art, die bei sich 40 IeI zum Kondensator 5Λ liegt ein Widerstand Se, vor [ι ändernder Sauerstoffkonzentration im Abgas eine dem im Punkt A eine zur Anzahl der bei Ne eingegebep sprungartige Änderung ihrer Ausgangssteuergröße auf- nen Ir.ipulssignale proportional sich im Kondensator Sh

0 weist. Das Regelsystem, welches die von der Λ-Sonde 3 aufbauende Spannung abnehmbar ist, die der erfaßten j;| kommende Steuergröße zur Korrektur der Zusammen- Drehzahl entspricht

ψ, Setzung des der Brennkraftmaschine zugeführten Be- 45 Die nachgeschaltete Unterbrecherschaltung 6 be- |j triebsgemisches erfaßt, weist in einer Regelschaltung 4 steht aus Widerständen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e und 6f, aus •^!* eine Unterscheidungssehaltung auf, die die von der Son- einem Differenzverstärker 6g, sowie aus einem Transide abgegebene Steuergröße mit einem festgelegten Re- stör 6Λ und einer Diode 6i. Die im Punkt A abgenomme-, ferenzwert vergleicht und Unterscheidungswerte er- ne Spannung wird über den Widerstand 6a auf den : zeugt, die von einer Integrationsschaltung integriert so nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers werden. Die Integrationssci/altung gibt einen Integral- gegeben, dessen invertierender Eingang vom Mittelabwert ab, der eine dem Unterscheidungswert entspre- griff eines aus den Widerständen 66 und 6c gebildeten chende Zunahme- bzw. Abnahme-Charakteristik hat Spannungsteilers versorgt wird. Parallel zu dem Wider-Ferner enthält das Regelsystem eine die Drehzahl der stand 6" wird der Widerstand 6c/in Reihe mit der KoI-¹1 Brennkraftmaschine 2 erfassende Drehzahlgeberschal- 55 lektor-Emitterstrecke des NPN-Transistors 6Λ geschsu"-ί lung 5, eine das von dieser Drehzahlgeberschaltung 5 tet, dessen Basis vom Ausgang 5 des Differenzverstär- >f erzeugte Drehzahlsignal mit einem im voraus festgeleg- kers 6g über einen Widerstand 6e angesteuert wird und ien Wert vergleichende Unterbrecherschaltung 6, die, über den Widerstand 6/mit der negativen Versorgungs-

1 < wenn die erfaßte Drehzahl den festgelegten Wert über- leitung verbunden ist Durch diese Schaltung erhält der ^ί schreitet, die Funktion der Regelschaltung 4 stillsetzt; 60 Differenzverstärker ög die Arbeitsweise eines Schwell-} und als Korrektursteuerschaltung eine Kraftstoffmehr- wertschalters, der die zur Drehzahl proportionale Aus-

mengensignal-Erzeugungsschaltung 7, welche das gangsspannung der Drehzahlgeberschaltung 5 im Punkt

Drehzahlsignal verstärkt. Wenn in der Unterbrecher- A mit der durch die Widerstände 6b und 6c festgelegten

schaltung 6 ein Unterbrechungssignal erzeugt wird, gibt Spannung vergleicht und, wenn die Motordrehzahl ei-

die Kraftstoffmehrmengensignal-Erzeugungsschaltung 65 nen festgelegten Wert überschreitet, im Punkt B eine

7 ein dem verstärkten Drehzahlsignal entsprechendes Spannung + Vb erzeugt. Bei Anliegen dieser Spannung

Signal an die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1, wird dann in die Regelschaltung 4 über die in Durchlaß-

wobei entsprechend der d«r,Tt im voraus festgelegten richtung eingesetzte Diode 6/ ein Unterbrechunessisnal

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geleitet und die Regelung stillgesetzt. Dazu wird in der der Unterbrecherschaltung 6 kommenden Stop-Signale

Integrationsschaltung der Regelschaltung 4 der Inte- bzw. die von der Kraftstoffmehrmengensignal-Erzeu-

gralwert auf einen ganz bestimmten konstanten Wert gungsschaltung 7 kommenden Kraftstoffmehrmengen-

fixiert, d. h. z. B, daß der oder die zwischen dem Eingang signale nicht aufgenommen. Somit wird also die Lage

und dem Ausgang eines Rechenverstärkers eingeschal- 5 der tatsächlichen Luftzahl von der /i-Sonde 3 erkannt,

teten Integrationskondensatoren durch einen Transi- und durch die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1

stör kurzgeschlossen werden und dadurch die Integra- wird dann eine der Abweichung entsprechende Erhö-

tionsoperation gestoppt wird. hung bzw. Verringerung der Kraftstoffmenge ausge-

Die Kraftstoffmehrmengensignal-Erzeugungsschal- führt und die Luftzahl des Gemisches auf die theoreti-

tung 7 besteht aus Widerständen 7a, Tb, Tc, Td und Te, io sehe Luftzahl eingeregelt.

einem Differenzverstärker Tf und Dioden Tg und Th. Wenn dagegen die Motordrehzahl über die festgeleg-

Hier wird die am Punkt A abgenommene Spannung te Drehzahl von 4000 U/min hinaus ansteigt, geht der

über den Widerstand Ta auf den nichtinvertierenden Ausgang des Punktes B der Unterbrecherschaltung 6

Eingang des Differenzverstärkers Tf gegeben, dessen auf ein hohes Niveau, wodurch die Funktion der Regel-

invertierender Eingang mit einer durch den Spannungs- 15 schaltung 4 stillgelegt wird und die Betriebsgemischer-

teiler aus den Widerständen Tb und Tc gebildete Be- zeugungseinrichtung 1 der Brennkraftmaschine 2 ein

zugsspannung beaufschlagt wird. Durch Gegenkopp- der festgelegten Grundluftzahlcharakteristik entspre-

lung der am Ausgang C auftretenden Spannung über chendes Betriebsgemisch zuführt Gleichzeitig werden

den Widerstand 7c/auf den invertierenden Eingang wird die von der Kraftstoffmehrmengensignal-Erzeugungs-

die Verstärkung festgelegt Der Ausgang C ist über ei- 20 schaltung 7 kommenden Signale über die Diode Th (D)

nen Widerstand und eine in dieser Richtung durchlas- an die Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1 gege-

sende Diode Tg mit dem Ausgang B und gleichzeitig ben. Die Diode Tg übernimmt dabei die Funktion einer

über eine gleichermaßen geschaltete Diode Th, deren Torschaltung. Da die am Ausgang D abgenommenen

Kathode den Ausgang D bildet mit der Betriebsge- Stromsignale proportional der Motordrehzahl größer

mischerzeugungseinnchtung 1 verbunden. 25 werden, führt die Betriebsgemischerzeugungseinrich-

Der Differenzverstärker Tf erzeugt bei steigendem tung eine Vergrößerung der Kraftstoffmenge um den Drehzahlsignal oberhalb einer ganz bestimmten, durch zur Motordrehzahl proportionalen Anteil durch, so daß

die Widerstände Tb und Tc festgelegten Drehzahl im der Kraftstoff anteil in diesem Betriebsbereich entspre-

Punkt C eine zu dieser Drehzahl proportionale Aus- chend den in Punkt D abgenommenen Signalen größer

gangsspannung. Wenn also die Unterbrecherschaltung 30 als bei der Grundluftzahlcharakteristik ist.

6 das Ausgangssignal + V_B aufweist fließt der Strom, Selbstverständlich können die festgelegte Drehzahl

der zuvor über die Diode Tg zur negativenVersorgungs- von 4000 U/min für das Stillsetzen der Regelung in der

leitung geflossen ist nun über die Diode Th zur Betriebs- Unterbrecherschaltung 6 und die festgelegte Drehzahl

gemischerzeugungseinrichtung 1. In der Betriebsge- von 3000 U/min für den Beginn der Erzeugung der

mischerzeugungseinnchtung erfolgt dann entsprechend 35 Kraftstoffmehrmengensignale in der Kraftstoffmehr-

der im voraus festgelegten Luftzahlcharakteristik eine mengenschaltung 7 durch gegenseitiges Verschieben

diesem Signal entsprechende Kraftstoffmehrmengener- entsprechend der Charakteristik der Brennkraftmaschi-

höhung. Die Erhöhung der Kraftstoffmenge wird bei ne festgelegt werden.

der elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzanlage Wie oben dargelegt wurde, wird bei der erfindungsder Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1 dadurch 40 gemäßen Einrichtung, wenn die Drehzahl der Brennerreicht daß die Kraftstoffeinspritzzeit länger gemacht kraftmaschine einen im voraus festgelegten Wert überwird, als bei der auf der im voraus festgelegten Grund- schreitet die Regelung stillgelegt Ferner werden der luftzahlcharakteristik beruhenden Kraftstoffmenge. Luftzahlcharakteristik der Kraftstoffzuführeinrichtung

Im folgenden soll nun anhand der F i g. 3 die Arbeits- der Motordrehzahl entsprechende Korrektursignale zuweise der obenbeschriebenen Einrichtung näher erläu- 45 gegeben. Damit wird erreicht daß man nach dem Stillte« werdea In F i g. 3 sind die Spannungswerte bzw. die setzen der Regelung durch eine der Drehzahl entspre-Stromwerte in einzelnen Punkten A, B, C und D der chende Änderung der Konzentration des Betriebsgemi-Schaltung nach F i g. 2 über der Drehzahl Ne (U/min) sches ein Durchschmelzen des der Abgasentgiftung dieder Brennkraftmaschine aufgezeichnet Wenn nun als nenden Katalysators verhindern kann und daß man Motorgrenzdrehzahl ein Wert von ungefähr 4000 U/ 50 gleichzeitig den Fällen gewachsen ist wo bei hohen min gewählt wird und festgelegt wird, daß über diese Drehzahlen des Motors eine hohe Leistung v.?langt Drehzahl hinaus der Zustand einer hohen Last gegeben wird. Man erreicht ferner in sehr vorteilhafter Weise ist, dann wird diese Drehzahl für das Stillsetzen der durch Verringerung des prozentualen Anteils der BeRegelung gewählt und die Widerstandswerte der Wi- triebszeit, in der die Brennkraftmaschine mit einem fetderstände 6b und 6c der Unterbrecherschaltung 6 ent- 55 ten Betriebsgemisch betrieben wird, eine Verbesserung sprechend dieser Drehzahl von 4000 U/min festgelegt des Kraftstoffverbrauchs.

Dagegen werden die Widerstandswerte der Widerstän-

de Tb und Tc der Kraftstoffmehnnengensignalerzeu- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

gungseinrichtung 7 so gewählt daß der damit bestimmte

Spannungswert einer etwas niedrigeren Drehzahl als 60 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 65 des Differenzverstärkers 7/ an der negativen Versorgungsleitung liegt, von der Regelschaltung 4 und von der Betriebsgemischerzeugungseinrichtung 1 die von

Claims (3)

1 2 Weiterhin ist es für eine Erhöhung der Regelge- Patentansprüche: schwindigkeit von großem Vorteil, wenn die ermittelte Steuergröße integriert wird und als solchermaßen ge-

1. Einrichtung zum Regeln des Verhältnisses Luft/ wonnene Korrekturgröße im Regelkreis rückgekoppelt Kraftstoff des Betriebsgemisches einer Brennkraft- 5 wird, um die von der Betriebsgemischerzeugungseinmaschine und damit Regeln der Luftzahl mit einer richtung eingestellte Betriebsgemischzusammcnset-Betriebsgemischerzeugungseinrichtung zur Erzeu- zung zu korrigieren. Dabei ist dann, wenn das Betriebsgung eines Betriebsgemisches mit festge'sgter Luft- gemisch über dem gesamten Betriebsbereich der Brennzahlcharakteristik, mit einer im Abgassystem ange- kraftmaschine geregelt werden soll, zu beachten, daß ordneten, die Luftzahl des Betriebsgemisches erfas- 10 sich selbst bei den hohen Drehzahlen, wo eine hohe senden Meßsonde und mit einer Regelschaltung, Leistung der Brennkraftmaschine verlangt wird, Situadurch die der Integralwert der von der Meßsonde tionen ergeben, in denen es nicht möglich ist, einen ganz abgegebenen Steuergröße als Korrektursteuergrö- bestimmten konstanten Wert der Luftzahl einzuhalten ße mit Zunahme-Abnahme-Charakteristik erfaßbar und dabei noch die gey/ünschte Motorleistung zu erzie- und entsprechend die Betriebsgemischerzeugungs- 15 len.

einrichtung zur Korrektur der Luftzahl ansteuerbar Weiterhin kommt es, wenn man zum Zwecke der Abist, ferner mit einer Unterbrecherschaltung (6), durch gasentgiftung einen Katalysator verwendet, vor, daß bei die die Funktion der Regelschaltung (4) dann unter- hohen Lasten die Reaktionswärme übermäßig groß brechbar ist, wenn die Drehzahl der Brennkraftma- wird. Um dies zu verhindern, ist deshalb auch vorgeschine eine festgelegte Drehzahl überschreitet und 20 schlagen worden, bei hohen Lasten die Regelung der mit einer fiprrektursteuerschaltung (7), durch wel- Luftzahl abzuschalten und durch eine Steuerung zu erche nach der Abschaltung der Regelschaltungsfunk- setzen, um so eine gewünschte Charakteristik zu erhaltion der Betriebsgemischerzeugungseinrichtung für ten und das Betriebsgemisch mit Kraftstoff anzureieine festgelegte Luftzahlcharakteristik zur Korrek- ehern.

tür Steuersignale zuführbar sind, dadurch ge- 25 Aus der US-PS 39 16 170 ist eine Einrichtung zum kennzeichnet, daß die Steuersignale der Dreh- Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Betriebszahl der Brennkraftmaschine entsprechen, gemisches einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- die Integralregelung dann abgeschaltet und durch eine zeichnet, daß die Unterbrecherschaltung (6) aus ei- Steuerung ersetzt wird, wenn die Regelung entsprenem Schwellwertschalter {6g) gebildet wird, dessen 30 chend den Erfordernissen der Brennkraftmaschine nicht einer Eingang mit einer Drehzahlgeberschaltung (5) mehr korrekt arbeiten kann.

verbunden Lt und dessen Ausgang mit einer Ab- Entsprechendes gilt für die ältere, nicht vorveröffent-

schalteinrichtung in 4-r Regelschaltung (4) verbun- lichte DE-OS 26 35 308.

den ist, und daß die Korrektursteuerschaltung (7) Die ältere, ebenfalls nicht vorveröffentlichte DE-OS

eine Verstärkungseinrichtung i~f) für das Drehzahl- 35 27 27 568 lehrt eine Unterbrechung der Regelung unter

signal enthält, der eine Torschaltung (Jh) nachge- anderem im Zusammenhang mit der Drehzahl, dem

schaltet ist, über die das Ausgangssteuersignal der Druck in der Ansaugleitung oder der Stellung der Dros-

Verstärkungseinrichtung (Jf) erst bei Anliegen des selklappe.

die Überschreitung der festgelegten Drehzahl kenn- Schließlich zeigt die DE-OS 25 50 849 ein System, bei

zeichnenden Signals an die Betriebsgemischerzeu- 40 dem die Regelung abhängig von dertfelastung oder von

gungseinrichtung (1) weiterleitbar ist der Stellung der Drosselklappe ein- oder ausgeschaltet

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- wird.

zeichnet, daß der Ausgang (C) der Verstärkungsein- Ober die Art der Gemischsteuerung außerhalb des

richtung (Jf) über eine Diode (Jg) mit dem Ausgang Regelbetriebes geben die einzelnen Schriften entweder

(B) des Schwellwertschalters (6g) verbunden ist 45 keine klären Lehren oder nennen einen mehr oder weniger konstanten Wert, z.B. die DE-OS 26 35 306 in

Fig.4d.

Vom Gesichtspunkt des Kraftstoffverbrauchs her gesehen ist es jedoch iiicht vorteilhaft, bei jedem Abschal-

Stand der Technik jo ten der Regelung ein Betriebsgemisch mit einem ganz

bestimmten konstanten Kraftstoff/Luft-Mengenver-

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung gemäß hältnis vorzusehen.

der Gattung des Hauptanspruchs. Dazu wurde bereits Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Lehre dafür vorgeschlagen, zum Zwecke der Entgiftung der aus ei- anzugeben, wie während des Steuerbetriebs das Kraftner Brennkraftmaschine stammenden Abgase durch Er- 55 stoff/Luft-Mengenverhältnis eingestellt werden soll, fassen einer der Sauerstoffkonzentration in den Abga- Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmalskombisen entsprechenden Steuergröße und deren Verwer- nation des Hauptanspruches.
tung als Korrektursignal in einer Regelschaltung die

Luftzahl des der Brennkraftmaschine zugeführten Be- Vorteile der Ertindung

triebsgemisches auf eine ganz bestimmte Luftzahl, wie 60

z. B. die Luftzahl A =* 1 zu korrigieren. Die Steuerung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merlcma·

durch einen geschlossenen Regelkreis ist besonders len des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß es möglich

dort nützlich und wirksam, wo es sich darum handelt, ist, eine sehr weitgehende Reduzierung des prozentua-

selbst bei sehr starken Änderungen der äußeren Bedin- len Anteils der Betriebszeit mit einem fetten Betriebsge-

gungen, wie etwa Änderungen des atmosphärischen 65 misch und eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs

Luftdrucks oder Änderungen der Temperatur der ange- dadurch zu erreichen, daß sich während der Steuerungs-

saugten Luft, die Luftzahl auf einen ganz bestimmten phase die Korrektur des Betriebsgemisches an der

konstanten Wert einzusteuern. Drehzahl orientiert. Dadurch läßt sich in jedem einzel-