DE2731440B2 - Kraftstoffregelvorrichtung mit geschlossener Regelschleife - Google Patents
Kraftstoffregelvorrichtung mit geschlossener RegelschleifeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffregeleinrichtung
der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Art.
4> Bei einer solchen, aus der DE-OS 23 33 743 bekannten
Kraftstoffregelvorrichtung wird von der Einrichtung zum Feststellen eines bestimmten Betriebszimandes der
Brennkraftmaschine ζ. B. die Temperatur der Abgase gemessen, um eine Änderung des Ausgangssignals der
"in Einrichtung zum Messen der Konzentration eines
bestimmten Bestandteils der Abgase aufgrund höhrerer Abgastemperaturen kompensieren zu können. Die
Einrichtung zum Feststellen des bestimmten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine ändert dabei die Größe
« des dem Vergleicher zugeführten Bezugssignals. Mit
Hilfe des von der integrierenden Einrichtung erzeugten Fehlerkorrektursignals wird das Kraftstoffluftgemisch
so geregelt, daß die Abgase von einem in der Abgasleitung vorgesehenen katalytischen Umformer
ω möglichst optimal entgiftet werden können.
Dabei ist es allgemein bekannt, daß die Art und die Menge der im Abgas einer Brennkraftmaschine
vorhandenen Stoffe stark durch das Kraftstoffluftverhältnis des Gemisches beeinflußt werden. Fette
·>■> Gemische neigen dazu, große Mengen an Kohlenwasserstoffen
und Kohlenmonoxid zu erzeugen, während magere Gemische dazu neigen, größere Mengen an
Stickstoffoxiden zu erzeugen. Der Anteil der uner-
wünschten Bestandteile des Abgases kann mittels eines katalytischen Umformers klein gehalten werden, vorausgesetzt,
daß das Kraftstoffluftgemisch im engen stöchiometrischen Bereich, d. h. im sogenannten Konverterfenster,
gehalten wird. Die Auslegung der bisher bekannten Kraftstoffregelvorrichtungen muß jedoch
einer Vielzahl von Anforderungen genügen. Die Vorrichtung muß schnell auf sich ändernde Betriebszustände
ansprechen, während sie gleichzeitig stabil arbeiten muß, so daß das geregelte Kraftstoffluftgcmisch
nur kurze Zeit außerhalb des Konverterfensters liegt. Derartige Vorrichtungen halten den Arbeitspunkt
der Brennkraftmaschine zwar unter einer gewissen Kontrolle, neigen jedoch dazu, aus dem Konverterfenster
mit der Zeit als Folge einer Änderung der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine herauszuwandern.
Aufgabe der Erfindung ist es es, eine Kraftstoffregelvorrichtung
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß das Kraitstoffluftgemisch
beim Feststellen eines bestimmten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine in bestimmter Weise
kurzzeitig geändert wird und beim Aufhören des bestimmten Betriebszustandes wieder in der normalen
Weise geregelt wird.
Bei einer Kraftstoffregelvorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffregelvorrichtung ist also eine Speichereinrichtung vorgesehen, um
das Fehlerkorrektur- oder Regelsignal zu speichern, das bei dem vorangegangenen bestimmten Betriebszustand,
beispielsweise der Beschleunigung, aufgetreten ist. Das gespeicherte Signal wird dann anstelle des augenblicklichen
Wertes des Regelsignals zur Regelung des Kraftstoffluftgemisches benutzt, wenn die Brennkraftmaschine
das nächste Mal beschleunigt wird.
Die Speichervorrichtung umfaßt vorzugsweise eine Taktspeicherschaltung, die bei einer festgestellten
Beschleunigung der Brennkraftmaschine ausgelöst wird, um den augenblicklichen Wert oder vorzugsweise den
Mittelwert des Regelsignals während der Beschleunigung zu speichern, bis die nächste Beschleunigung
auftritt. Der Vorteil besteht darin, daß die Regelvorrichtung schnell auf eine Beschleunigung ansprechen kann,
während sich das Regelsignai allmählich mit einer Geschwindigkeit ändert, die der Änderung des Betriebsparameters entspricht, wenn die Brennkraftmaschine in
den Normalbetrieb gelangt, so daß die Regelimg ohne ein merkliches Herauswandern aus dem Konverterfenster
während der Fahrt mit Reisegeschwindigkeit oder während des stationären Betriebes unmittelbar nach
jeder Beschleunigung beibehalten wird. Da das gespeicherte Signal den Regelwert wiedergibt, der für den
bestimmten Betriebszustand der geeignetste Wert ist, ist das gespeicherte Signal für Änderungen der Leistung
der Brennkraftmaschine oder der Regelvorrichtung über einen langen Zeitraum und für Abweichungen von
Fahrzeug zu Fahrzeug unempfindlich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere für eine Integralregelung geeignet, kann jedoch auch für
eine kombinierte Integral- und Proportionalregelung verwandt werden.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung
dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein schematisches Schaltbild des Ausführungsbeispiels und
F i g. 2 in einem Diagramm Signalformen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels.
Wie es in F i g.! dargestellt ist, wird eine Brennkraftmaschine
10 mit einem Gemisch aus Krartstoff und Luft über eine geeignete Kraftstoff und Luft mischende und
proportionierende Einrichtung 11, beispielsweise einen Vergaser, versorgt, obwohl diese Einrichtung auch eine
Kraftstoffeinspritzanlage sein kann.
Die Maschine 10 gibt ihre Abgase über eine Abgasleitung 12 ab, die einen katalytischen Reaktor 13
enthält. Der katalytische Reaktor 13 ist eine Vorrichtung des Typs, bei dem die hindurchströmenden Abgase
einem katalytischen Stoff ausgesetzt werden, der, wenn das richtige Kraftstoffluftverhältnis in den Abgasen
vorherrscht, gleichzeitig die Oxidation von Kohlenmonoxid und der Kohlenwasserstoffe und die Reduktion der
Stickstoffoxide fördert. Die Abgasleitung 12 ist mit einem Sauerstoffsensor 14 stromaufwärts vom katalytischen
Reaktor J3 versehen. Der Sauerstoffsensor 14 ist vorzugsweise ein Zirkonoxidelektrolytsensor, der dann,
wenn er den a-jf hoher Temperatur befindlichen Abgasen der Maschine ausgesetzt wird, eine Ausgangsspannung
erzeugt, die sich merklich ändert, wenn das K raftsioffluf!verhältnis der Abgase durch den stöchiometrischen
Wert wandert. Die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors 14 ist eine Funktion des Kraftstoffluftverhältnisses,
das durch die Kraftstoff und Luft mischende und pioportionierende Einrichtung 11
bestimmt ist, und zeigt einen ziemlich steilen Verlauf, wenn das Gemisch durch den stöchiometrischen Wert
geht.
Das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor 14 wird dem nicht invertierenden Eingang eines Funktionsverstärkers
15 zugeführt, der den Unterschied zwischen dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors und einem
Bezugswert Vi ermittelt, der einem Integrator 16 geliefert wird, der von einem Funktionsverstärker 17
gebildet wird, dessen nicht invertierender Eingang an Masse liegt und dessen invertierender Eingang über
einen Integrationskondensator Cl mit seinem Ausgang und über eine Integrationswiderstand R1 mit dem
Ausgang des Funktionsverstärkers 15 verbunden ist.
Das Ausgangssignal des Integrators 16 liegt an der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung 11,
um das Kraftstoffluftverhältnis im sogenannten Konverterfenster einzustellen. Erfindungsgemäß wird das
Ausgangssignal vom Integrator 16 auf das Vorliegen eines vorübergehenden Bedarfes an einem reichen oder
armen Gemisch hin amplitudenmoduliert. Eine Fahrzeugbeschleunigung wird durch einen Detektor 18 als
ein Bedarf an einem reichen Gemisch wahrgenommen, der ein auf einem hohen Spannungspegel liegendes
Signal einem elektronischen Schalter 19 liefert, der einen Schaltkreis vom Ausgang des Integrators 16 über
einen Widerstand R 2 und einen Kondensator C2 zur Masse schließt. Der Detektor 18 kann irgendein
Detektor aus der Vielzahl verschiedener Detektoren, beispielsweise ein Drosselstellungsschalter, ein Ansaugunterdruckschalter
oder ein Gaspedalschalter sein. Das Signal vom Detektor 18 schließt den Schalter 19 und
lädt den Kondensator Cl auf die Ausgangsspannung des Integrators 16 auf, so daß das Ausgangssignal des
Integidtors während der Beschleunigung als Meßwert genommen wird und bis zur folgenden Beschleunigung
gespeichert wird. Die Spannung über den Kondensator C2 liegt über einen Pufferverstärker 20 und einen
Inverter 21 an einem elektronischen Schalter 22. Der
Schalter 22 wird auf ein Ausgangssigna! von einem monostabilen Multivibrator 24 hin geschlossen, um das
Ausgangssignal vom Inverter 21 über einen Widerstand R 3 an den invertierenden Eingang des Integrationsverstärkers
17 zu legen. Über den Kondensator Π ist eine Schaltung aus einem Widerstand /?4 und einem
elektronischen Schalter 23 geschaltet, die auch auf das Ausgangssignal vom monostabilen Multivibrator 24
anspricht, um einen Nebenschluß mit niedrigem Widerstand zum Kondensator Cl zu bilden. Die
Widerstände R 3 und R 4 haben denselben Widerstandswert, der jedoch viel kleiner als der des Integrationswiderstandes
R1 ist. Der Schaller 19 kann für eine
gewünschte feste Zeitdauer betätigt werden, indem ein monostabiler Multivibrator 24 zwischen dem Detektor
18 und dem Schalter 19 vorgesehen wird, wie es durci;
unterbrochene Linien A in F i g. 1 dargestellt ist.
Der monostabile Multivibrator 24 ist mit dem Ausgang des Beschleunigungsdetektors 18 verbunden,
um einen Impuls zu erzeugen, der für eine kurze Zeitspanne von der Vorderflanke des Signals vom
Detektor 18 an vorliegt.
Während anderer Arbeitsweisen der Maschine als der Beschleunigung bleiben die elektronischen Schalter 19,
22 und 23 geöffnet und liefert der Integrator 16 eine Integration des Signals vom Differentialverstärker 15
mit dem linearen Anstieg von R 1C1.
Während der Beschleunigung wird ein auf einem hohen Spannungspegel liegendes Signal 30 durch den
Detektor 18 erzeugt (Fig.2a) und darauf ansprechend
wird vom monostabilen Multivibrator 24 ein Ausgangssignal 31 den Schaltern 22 und 23 geliefert, die ihre
jeweiligen Schaltwege schließen. Zu diesem Zeitpunkt wird die am Kondensator C2 gespeicherte Spannung
über den Widerstand R 3 an den invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers 17 gelegt. Da der Widerstand
RA einen viel kleineren Widerstandswert als der Widerstand R1 hat, nimmt das Ausgangssignai des
Integrators 17 augenblicklich einen Wert an. der gleich der invertierten Spannung des Ausgangssignals vom
Inverter 21 ist. Da die Spannung über dem Kondensator C2 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Schalter 22, 23
geschlossen werden, die Ausgangsspannung des Integrators 16 wiedergibt, die bei der vorhergehenden
Beschleunigung aufgetreten Ut. nimmt das Ausgangssignal des Integrators nun den Spannungspegcl des
vorhergehenden Beschlcunigungszustandes ein, wie es in I" i g. 2c dargestellt ist.
Der Kondensator C2 wird durch das Ausgangssignal des Integrators während jeder Bcschlcunigungszcil auf
einen neuen Wert wieder aufgeladen, der den Mittelwert des Ausgangssignals des Integrators während
dieser Zeit wiedergibt. Aus F i g. 2c ist ersichtlich,
dall dann, wenn das Ausgangssignai des Integrators 16
einmal auf einen neuen Wert bei der Feststellung einer Beschleunigung springt, der Integrationskondensator
Ci auf die Spannung über dem Kondensator C2 aufgeladen wird und daß anschließend an die Aufladung
des Kondensators Cl der Integrator 16 das Ausgangssignal des Verstärkers 15 mit dem normalen linearen
Anstieg von R ICl integriert, so daß die Regelung um
den Bcschleunigungspcgel 32 schwingen kann.
Da die Wirkung der Schaltung R2C2 darin besteht,
die augenblicklichen Werte des Ausgangssignals des Integrators während der Beschleunigungszeiten zu
mitteln, ist die Spannung über dem Kondensator C2 unempfindlich für Abweichungen von einem Fahrzeug
zum anderen oder einen Alterungsprozeß und wird die Maschine während jeder Beschleunigung mit einem
Kraftstoffluftgemisch mit dem geeignetsten Kraftstoffluftverhältnis
versorgt.
Da der Kondensator C2 seine gespeicherte Energie entladen wird und da die für die folgende Beschleunigung
verwandte Spannung über eine lange Zeitdauer abfallen wird, kann vorzugsweise der Verbindungspunkl
zwischen dem Kondensator C2 und dem Widerstand R 2 über einen Widerstand R 5 mit ausreichend hohem
Widerstandswert und über einen elektronischen Schalter 26, der so angeordnet ist, daß er während des
Anlassens des Fahrzeuges betätigt wird, mit einer Spannungsquelle 25 verbunden sein. Bei dieser Anordnung
wird der Kondensator C2 auf einen passenden Spannungspegel aufgeladen, wenn der Zeitabstand
zwischen aufeinanderfolgenden Beschleunigungen sehr lang ist. Der Kondensator C2 kann direkt durch die in
unterbrochenen Linien ß dargestellte Schaltung mit dem Widerstand R 5 verbunden sein, so daß er von der
Spannungsquelle 25 ständig aufgeladen wird, wenn der
Widerstandswert des Widerstandes RS so gewählt ist, daß er viel größer als der des Widerstandes R 2 ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Kraftstoffregelvorrichtung mit geschlossener Regelschleife für eine Brennkraftmaschine mit einer
Einrichtung zum Messen der Konzentration eines bestimmten Bestandteils der Abgase und zum
Erzeugen eines entsprechenden elektrischen Signals, einem Differenzverstärker zum Vergleichen dieses
Signals mit einem Bezugssignal, einer integrierenden Einrichtung zum Erzeugen eines Fehlerkorrektursignals
für die das Kraftstoffluftgemisch liefernde Einrichtung aus dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers
und einer Einrichtung zum Feststellen eines bestimmten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine,
um das Fehlerkorrektursignal bei einem bestimmten Betriebszustand zu ändern, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (19, C2, R2),
die das Fehierkorrektursignal beim Feststellen des bestimmten Betriebszustandes als Meßwertsignal
speichert und durch eine Einrichtung (20,21,22), die
die Größe des Fehlerkorrektursignals beim erneuten Feststellen des bestimmten Betriebszustandes auf
die Größe des gespeicherten Meßwertsignals ändert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Meßwert speichernde Einrichtung
(19, C2, R 2) einen ersten Widerstand (R 2) und einen ersten Kondensator (CT), die in Reihe
geschaltet sind und eine torgesteuerte Schalteinrichtung (19) aufweist, die auf die Einrichtung (18) zum
Feststellen des bestimmten Betriebszustandes anspricht und den ersten Kondensator (CT) mit dem
Ausgang der das Fehlerkorrektursignal liefernden Einrichtung (16) über den ersten Widerstand (R 2)
verbindet, wobei der erste Widerstand (R 2) einen derartigen Widerstandswert hat, daß der erste
Kondensator (CT) eine Spannung speichert, die den Mittelwert des Fehlerkorrektursignals während der
Zeit angibt, während der der bestimmte Betriebszustand vorliegt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Fehlerkorrektursignal
liefernde Einrichtung (16) einen Funktionsverstärker (17) mit einem ersten Eingang, der
auf die Abweichung des Kraftstoffluftverhältnisses über einen ersten Integrationsvviderstand (R 1)
anspricht und dessen zweiter Eingang an einem Bezugspotential liegt, und einen Integrationskondensator
(Ci) aufweist, der zwischen den ersten Eingang und den Ausgang des Funktionsverstärkers
(17) geschaltet ist, und daß die das Fehlerkorrektursignal ändernde Einrichtung einen zweiten Widerstand
(R 3) und eine zweite torgesteuerte Schalteinrichtung (22), die auf das Feststellen des bestimmten
Betriebszustandes anspricht und das gespeicherte Korrektursignal über den zweiten Widerstand (R 3)
an den ersten Eingang des Funktionsverstärkers (17) legt, sowie einen dritten Widerstand (R 4) und eine
dritte torgesteuerte Schalteinrichtung (23) aufweist, die auf die Feststellung des bestimmten Betriebszustandes
anspricht und den dritten Widerstand (RA) parallel zum Integrationskondensator (C \) schaltet,
wobei der zweite Widerstand (RV) einen kleineren
Widerstandswert als der erste Widerstand (R 1) hat, so daß der Integrationskondensator (C\) augenblicklich
auf einen Spannungspegel aufgeladen wird, der im wesentlichen gleich dem des gespeicherten
Korrektursignals ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den bestimmten
Betriebszustand feststellende Einrichtung (18) den vorübergehenden Bedarf an einem fetten oder
mageren Kraftstoffluftgemisch feststellt
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4. gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle (25)
und einen vierten Widerstand (R S), der zwischen die Spannungsquelle (25) und den Verbindungspunkt
in zwischen dem ersten Widerstand (R 2) und dem
ersten Kondensator (C 2) geschaltet ist, wobei der Widerstandswert des vierten Widerstandes (R 5) viel
größer als der des ersten Widerstandes (R 2) ist, so daß der erste Kondensator (CT) kontinuierlich von
ι- der von der Spannungsquelle (25) gelieferten
Spannung aufgeladen wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle (25),
einen vierten Widerstand (R 5) und einen von Hand
.'ο bei ä ligbaren Schalter (26), der in Reihe zwischen die
Spannungsquelle (25) und den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Widerstand (RT) und dem
ersten Kondensator (CT) geschaltet ist, um den Kondensator (CT) bei einer Betätigung des Schalters
(26) aufzuladen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch einen monostabilcn Multivibrator
(?.4), der zwischen die den bestimmten Betriebszustand feststellende Einrichtung (18) und
»ι den Steuereingang der torgesteuerten Schalteinrichtung
(19) geschaltet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch einen monostabilen Multivibrator
(24), der zwischen die den bestimmten
π Betriebszustand feststellende Einrichtung (18) und
die Steuereingänge der zweiten und dritten torgesteuerten Schalteinrichtungen (22,23) geschaltet ist.
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