DE2805805C2

DE2805805C2 - Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer Kraftstoffversorgungsanlage mit Lambda-Regelung

Info

Publication number: DE2805805C2
Application number: DE2805805A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 7143 Vaihingen Drewa; Wolfgang Rebmann; Günter 7140 Ludwigsburg Rosenzopf; Hans 7121 Walheim Schnürle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-02-11
Filing date: 1978-02-11
Publication date: 1989-07-20
Also published as: JPS54117828A; JPH0114743Y2; DE2805805A1; GB1602880A; US4357922A; JPS6367640U

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffversorgungsanlage nach der Gattung des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 22 04 292 ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem während der Warmlaufphase der

μ Brennkraftmaschine und der entsprechenden Anwärmphase des Auspuffsystems der Brennkraftmaschine ein relativ mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird und die Kaltstartanreicherung des zugeführten Kraftstoffes nach Beendigung des Anlaßvorganges der Brennkraftmaschine zunächst zeitabhängig und dann in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine reduziert wird und bei Erreichen der Betriebstemperatur des katalytischen Reaktors im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine eine Regeleinrich- tung zur Regelung der Luftzahl Lambda des Kraftstoff-Luft-Gemisches eingeschaltet wird.

Weiterhin ist aus der DE-OS 27 05 838 ein elektronisches Regelsystem mit geschlossener Regelschleife für das Luft-Kraftstoff-Gemisch einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der in Abhängigkeit vom Mittelwert des Ausgangssignals der Sauerstoffmeßsonde von Regelung auf Steuerung bzw. umgekehrt umgeschaltet wird, wobei zwei verschiedene Schwellwerte für den Umschaltvorgang von Steuern auf Regeln bzw. Regeln auf Steu- em vorgesehen sind.

Weiterhin ist in der US-PS 39 16 117 ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Regelung offenbart bei dem ein Temperatursensor zur Erfassung der Abgastemperatur vorgesehen ist Abhän gig von dem Ausgangssignal dieses Temperatursensors ist ein Umschalten von einer gesteuerten auf eine geregelte Kraftstoffzumessung, insbesondere dann, wenn die Abgastemperatur einen vorbestimmten Wert überschritten hat, vorgesehen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen zum Betrieb von Kraftstoffversorgungsanlagen gerade bei tiefen Starttemperaturen zu nicht immer befriedigenden Ergebnissen führen. Die Erklärung hierfür liegt in der Tatsache begründet, daß zwar eine bestimmte, für den einwandfreien Betrieb der Abgassonde erforderliche Temperatur schnell erreicht und somit prinzipiell eine Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches möglich ist, daß andererseits aber

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das Luftansaugrohr noch derart niedrige Temperaturen spritzimpulse für elektromagnetische Einspritzventile, aufweist, daß der KraftEtoffanteil -des Gemisches an den Deren im Zusammenhang mit-der Erfindung wesentlich-Innenwänden der Brennkraftmaschine kondensiert und ste Teile sind in der Zeichnung aufgeführt In F i g. 1 ist somit kein optimales Gemisch im Brennraum zur Verfü- mit 10 ein Drehzahlgeber bezeichnet und mit 11 ein gung steht Dies wiederum beeinträchtigt sowohl das 5 Luftmengenmesser. Sie sind mil einer Impulserzeuger-Zündverhalten und damit die Laufruhe als auch die Ab- stufe 12 gekoppelt, deren Ausgang 13 zu einer Korrekgaszusammensetzung. turstufe 14 geführt ist Diese Korrekturstufe 14 besitzt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein beim Schaltbild nach F i g. 1 drei Eingänge 15 bis 17 für

Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eine Warmluftanreicherung, eine Zusatzsteuerung zur

des Verfahrens zu schaffen, bei dem selbst für einen io Beseitigung des Ansauglufttemperaturfehlers und eine

Kaltstart Jer Brennkraftmaschine eine für das Kaltstart- /2-Regelung. Nachgeschaltet ist der Korrekturstufe 14

verhalten optimale Gemischzusammensetzung und eine ein Block 18 der z. B. die erforderlichen Treiberstufen

daraus resultierende, möglichst rasche Abnahme der für die Einspritzventile besitzt

Schadstoffemission gewährleistet wird. Diese Aufgabe Mit 20 ist eine Abgassonde bezeichnet, der eine Son-

wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An- 15 denbereitschaftserkennungsstufe 21 zugeordnet ist Die

Spruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Abgassonde erfaßt die Sauerstoffionen-Konzentration

Anspruchs 6 gelöst im Abgas und wird auch als Sauerstoffsonde der /?-Son-

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, de bezeichnet wobei λ das Verhältnis von Sauerstoff zu daß die Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf Kraftstoff darstellt Ein Geber 22 für die Brennkraftmaden Λ-Wert = 1 erst dann erfolgt, wenn neben einer 20 schinentemperatur erfaßt die Kühlmittel-Temperatur Mindest-Sonden-Temperatur auch eine bestimmte und sein Ausgang 23 ist zu einem hysteresebehafteten Temperatur der Brennkraftmaschine auch eine be- Schwellwertschalter 24 geführt. Die Ausgänge von Sonstimmte Temperatur der Brennkraftmaschine erreicht denbereitschafts-Erkennungsstufe 21 und Schwellwertworden ist, Dedurch wird sichergestellt, daß die 4-Rege- schalter 24 sind zu einsm Verknüpfungsglied 25 geführt, lung erst dann tinsei/i. wenn ein optimales Gemisch 25 dessen Ausgangssignal die Vorrichtung 26 zur /Z-Regeauch im Brecnrsum selbst zsir Verfugung gestellt wer- lung schaltet Das Meßsignal von der Abgassonde 20 den kann. erhält die Vorrichtung 26 zur Λ-Regelung unmittelbar

Als vorteilhaft erweist es sich; dem Geber für die über eine Leitung 27.

Brennkraftmaschinentemperatur einen hysteresebehaf- Eingangssignale der Korrekturstufe 14 bilden neben

teten Schwellwertschalter nachzuschalten und dafür zu 30 dem Ausgangssignal der Impulserzeugerstufe 12 das

sorgen, daß z. B. bei einer Starttemperatur der Brenn- Ausgangssignal des Gebers 22 für Brennkraftmaschi-

kraftmaschinen oberhalb von etwa 10⁰C das Einschal- nentemperatur, ein Ausgangssignal des Schwellwert-

ten der Vorrichtung zur /i-Regelung allein von der Son- schalters 24 sowie das Ausgangssignal der Vorrichtung

dentemperatur abhängt, jedoch unterhalb einer Tempe- 26 zur /{-Regelung.

ratur von etwa 10°C die Regelung erst ab einer Brenn- 35 Das Verknüpfungsglied 25 stellt ein ODER-Gatter

kraftmaschinen-Temperatur von etwa 50⁰C bzw. 85° C dar und es gibt dann ein negatives Signal ab, wenn die

einzuschalten. Welche obere Temperaturgrenze ge- Sondenbereitschafts-Erkennungsstufe 21 zum Zeichen

wählt wird, ist jeweils auf den einzelnen Brennkraftma- der Sondenbereitschaft ein negatives Signal abgibt und

schinentyp individuell abzustimmen. Als günstige Werte ebenfalls am Ausgang des Schwellwertschalters 24 ein

haben sich die genannten Temperaturwerte 50° C und 40 negatives Signal als Zeichen einer Betriebstemperatur

85° C erwiesen, jedoch können je nach Brennkraftma- oberhalb der Schwelltemperatur auf tritt Der hysterese-

schinentyp und Einsatzbereich auch andere Werte gün- behaftete Schwellwertschalter 24 ist so ausgelegt, daß

stig sein. er bei Starttemperaturen oberhalb etwa 10°C ein nega-

AIs weitere vorteilhafte Maßnahme ist in den Unter- tives Signal abgibt Liegt die Starttemperatur unterhalb ansprüchen angegeben, das Ausgangssignal des dem 45 dieses Wertes, so soll der Schwellwertschalter 24 erst BrennkraftmaschinenTemperaturgeber nachgeschalte- dann ein negatives Signal abgeben, wenn der Geber 22 ten Schwellwertschalters für eine zusätzliche Steuerung für die Brennkraftmaschinentemperatur einen Wert von des Gemisches heranzuziehen. Diese Maßnahme dient etwa 50° anzeigt Die Anstiegsflanke des hysteresebezur Korrektur des Fehlers, der durch Änderung des spe- hafteten Schwellwertschalters 24 liegt bei einem Wert zifischen Luftgewichts über der Temperatur bei der 50 von 10° C Bei dieser Arbeitsweise des Schwellwert-Luftmengenmessung entsteht Des weiteren wird vor- schalters 24 arbeitet die in F i g. 1 dargestellte Schalgeschlagen, während des Startvorganges wegen der tungsanordnung wie folgt: Bei einer Starttemperatur möglicherweise auftretenden Störungen eine hohe oberhalb von etwa 10°C gibt das Verknüpfungsglied 25 Temperatur zu simulieren und erst nach Ende des Start- an seinem Ausgang dann ein negatives Signal ab, wenn Vorganges die Brennkraftmaschinentempel atur abzu- 55 die Sonden-Temperatur etwa 25O⁰C erreicht hat In der fragen und die Vorrichtung zur /i-Regelung entspre- Folge wird die Vorrichtung 26 zur /?-Regelung eingechend den vorhandenen Temperaturen zu schalten. schaltet die ihrerseits wiederum über den Eingang 17

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der auf das elektrische Verhalten der Korrekturstufe 14 ein-

Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Be- wirkt

Schreibung näher erläutert Es zeigt 60 Bei Starttemperaturen unterhalb von etwa 10° gibt

F i g. 1 ein grobes Blockschaltbild der erfindungsge- der hysteresebehaftete Schwellwertschalter 24 noch

mäßen Einrichtung, kein negatives Ausgangssignal ab und das Verknüp-

F i g. 2 ein Diagramm zur temperaturabhängigen Ge- fungsglied 25 schaltet erst dann auf einen negativen

mischanreicherung und Wert an seinem Ausgang, wenn neben einer Sonden-

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel des im Blockschaltbild 65 temperatur von etwa 250⁰C, die durch die Sondenbe-

nach F i g. 1 verwendeten Schalters. reitschafts-Erkennungsstufe 21 erfaßt wird, auch die

Das Ausführungsbeispiel betrifft die Schaltungsan- Temperatur der Brennkraftmaschine einen Wert von

Ordnung in Brennkraftmaschinen zur Bildung der Ein- etwa 50° erreicht hat.

So lange das Verknüpfungsglied 25 noch kein negatives Signal abgibt, gibt die Vorrichtung 26 zur λ- Regelung ein konstantes Signal ab und zwar in der Höhe, die dem Mittel des Regelbereichs entspricht. Dies ist im Normalfall der Ausgangswert der Vorrichtung 26 zur /(-Regelung für den /i-Wert = 1. Der konstante Ausgangswert der Vorrichtung 26 zur /i-Regelung hat eine Steuerung des Luft-Kraftstoff-Gemisches unabhängig von der Abgaszusammensetzung zur Folge. Zwar ist die Abgaszusammensetzung zu Beginn des Betriebes der ι ο Brennkraftmaschine bis zum Einschalten der Vorrichtung 26 zur i-Regelung nicht optimal, doch hält sich der Fehler infolge der Steuerung auf den /Z-Wert = 1 in Grenzen und der Beginn der Regelung nach Erreichen der vorgegebenen Temperaturen liegt bei keiner allzu großen Regelabweichung.

Die Korrekturstufe 14 erhält über ihren Eingang 15 direkt ein Signal vom Geber 22 für die Brennkraftmaschinentemperatur. Dies dient einer Warmlaufkorrektur, d. h. das Gemisch wird bei kalter Brennkraftmaschine stark angereichert und mit zunehmender Erwärmung der Brennkraftmaschine wird diese Anreicherung auf den Wert Null zurückgenommen.

Bei der Luftmengenmessung entsteht ein Temperaturfehler über die Änderung des spezifischen Luftgewichts bei unterschiedlicher Ansaugiufttemperatur. Dieser Fehler wird bei Funktion der /Z-Regelung ausgeregelt. Es ist daher wünschenswert, den Fehler bei tieferen Ansauglufttemperaturen durch eine zusätzliche Anreicherung zu korrigieren. Diese zusätzliche Anreicherung wird mit Hilfe des Ausgangssignals des Schwellwertschalters 24 und über den Eingang 16 der Korrekturstufe 14 vorgenommen. Die Größe des Anreicherungsfaktors müßte theoretisch temperaturabhängig sein, doch lassen sich auch bei einem Mittelwert über den ganzen Temperaturbereich gute Ergebnisse erzielen.

Die Verarbeitung eines Signales vom Startsignalgeber 28 im Schwellwertschalter 24 dient zur Verminderung von möglichen Störungen während der Startphase. Bekanntlich treten während dieser Startphase infolge der starken Belastung der elektrischen Anlage verstärkt Störungen auf, die es gegenüber den Stufen zur Bildung der Einspritzzeit zu unterdrücken gilt. Ein gangbarer Weg dabei ist die Simulation einer hohen Temperatur während des Startvorgangs, was deshalb keine Auswirkungen auf die Vorrichtung 26 zur /?-Regelung hat, weil die Aufheizzeit der Abgassonde 20 bis zum Erreichen der Betriebstemperatur in der Regel wesentlich länger andauert als der eigentliche Startvorgang und die Vorrichtung 26 während der Startphase somit ohnehin im Stcuerbereich der λ-Regelung arbeitet.

In F i g. 2 ist die Dauer des Einspritzimpulse ti über der Temperatur des Kühlmittels aufgetragen. Erkennbar ist die bei tiefen Temperaturen relativ hohe Einspritzzeit, während ab etwa 60° C eine Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches entfällt Die zusätzliche Anreicherung zur Beseitigung des Ansauglufttemperaturfehlers zeigen die ausgezogenen, gestrichelten und strichpunktierten Kurven sowie die Pfeile in F i g. 2. Bei einer Starttemperatur unterhalb 10° C wird eine erhöhte Anreicherung vorgenommen, die bei der anschließenden Erwärmung des Motors auch über den Grenzwert von 10°C hinaus andauert bis zu etwa 5O⁰C. Oberhalb dieses Temperaturwertes wird auf die Warmlauf-Grundfunktion umgeschaltet Infolge der Hysterese wird diese Warmluft-Grundfunktion in Richtung kühlere Temperaturen bis zum Grenzwert von 10° durchlaufen, und unterhalb dieses Wertes wird wieder auf die erhöhte Anreicherung umgeschaltet. Bei Starttemperaturen oberhalb von 1O⁰C wird bereits zu Beginn eine Anreicherung naclh der Warmlauf-Grundfunktion gewählt. Zweck der erhöhten Anreicherung ist es, dem Brennraum der Brennkraftmaschine möglichst schnell ein zündfähiges und optimales Gemisch bereitzustellen und damit möglichst schnell den Anteil an schädlichem Abgas zu verringern, sowie die Laufruhe zu erhöhen. Wie bereits erwähnt, wird der Wert der zusätzlichen Anreicherung so gewählt, daß der durch die Temperaturwerte der Ansaugluft hervorgerufene Fehler im Mittel korrigiert wird. Beim Starten oberhalb einer Brennkraftmaschinentemperatur von 10°C ist diese zusätzliche Anreicherung nicht wirksam, denn hier ist aus Abgasgründen wieder eine geringere Warmlaufanreicherung erwünscht.

F i g. 3 zeigt ein detailliertes Schaltbild des Schwellwertschalters 24. Wesentlichster Bestandteil des Schwellwertschalter 24 ist ein Differenzverstärker 40, dessen Plus-Eingang über einen Widerstand 41 mit dem Geber 22 für die Brennkraftmaschinentemperatur gekoppelt ist. Mitgekoppelt ist der Differenzverstärker 40 über einen veränderbaren und die untere Temperaturschwelle bestimmenden Widerstand 42. Vom Plus-Eingang des Differenzverstärkers 40 liegt ferner eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 43 und einem Widerstand 44 an einer Masseleitung 45 und schließlich führt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 46 und einer Diode 47 zum Ausgang des Start-Signalgebers 28. Dieser Startsignalgeber 28 gibt während des Startvorganges ein negatives Signal ab und verschiebt deshalb das Potential am Plus-Eingang des Differenzverstärkers 40 nach Minus, was einer hohen Brennkraftmaschinentemperaitur entspricht. Am Minus-Eingang des Differenzverstärkers 40 ist der Mittelabgriff eines zwischen den Spannungsversorgungsleitungen angeschlossenen Spannungsteilers aus den Widerständen 48 und 49 angeschlossen, wobei der veränderbare Widerstand 49 die obere Temperaturschwelle des Schwellwertschalters 24 bestimmt Zwischen den beiden Eingängen des Differenzverstärkers 40 liegt ein Kondensator 50, und vom Ausgang dieses Differenzverstärkers 40 führt je eine Diode 51 und 52 zum Verknüpfungsglied 25 und zum Eingang 16 der Korrekturstufe 14.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffversorgungsanlage und einer Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf einen bestimmten Wert (Lambda-Regelung), bei dem die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge abhängig von Signalen der Drehzahl und der Last, insbesondere des Luftdurchsatzes im Ansaugrohr, sowie der Abgaszusammensetzung geregelt wird, die Lambda-Regelung ein- bzw. ausschaltbar ist und bei dem bei ausgeschalteter Lambda-Regelung eine Steuerung des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches Schaltkriterium für die Vorrichtung (26) zur Lambda-Regelung das Erreichen einer bestimmten Brennkr&ftma&chinenteoiperatur herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Brennkraftmaschinentemperatur abhängige Ein- und Ausschalten der Vorrichtung (26) zur Lambda-Regelung von der oder den Schwellen eines insbesondere eine Hysterese aufweisenden Schwellwertschalters (24) bestimmt wird.

. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Starttemperaturen unterhalb eines bestimmten Werts die Erwärmung der Brennkraftmaschine eine Temperatur von vorzugsweise 50 bis 85° erreicht haben muß, um den Einschaltpunkt der Vorrichtung (26) zur Lambda-Regelung von der Abgassonden-Temperatur abhängig zu machen.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalten der Vorrichtung (26) zur Lambda-Regelung oberhalb einer Sondentemperatur von etwa 250⁰C erfolgt

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches abhängig vGtn Ausgangssignal des Schwellwertschalters (24) vorgenommen wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Gebern für die Drehzahl und die Last, insbesondere den Luftdurchsatz im Ansaugrohr, einer den Gebern nachgeschalteten Kraftstoffzumeßsignal-Erzeugerstufe, insbesondere einer Impulserzeugerstufe, einer Vorrichtung zur Lambda-Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, sowie einer Sondenbereitschafts-Erkennungsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geber (22) für die Brennkraftmaschinentemperatur vorhanden ist, dem Geber (22) ein Schwellwertschalter (24) nachgeschaltet ist und einem Verknüpfungsglied (25) vor einem Eingang de·· Vorrichtung (26) zur Lambda-Regelung die Ausgangssignale von Sondenbereitschafts-Erkennungsstufe (21) und Schwellwertschalter (24) zuführbar sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (24) eine Hysterese aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltpunkte des hysteresebehafteten Schwellwertschalters (24) vorzugsweise bei 10° C und 50° C bzw. 85° C liegen.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfungsglied (25) die Funk-

tion eines logischen ODER-Gatters aufweist

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Schwellwertschalters (24) einer Korrekturstufe (14) für das Ausgangssignal der Impulserzeugerstufe (12) zuführbar ist

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches während der Warmlaufanreicherung abhängig vom Ausgangssignal des Schwellwertschalters (24) ist

12. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bisll, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschinentemperatur über die Kühlmittel-, Schmiermittel- bzw. Zylinderkopftemperatur erfaßbar ist

13. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während des Startvorganges das Ausgangssignal des Schwellwertschalters (24) auf einen bestimmten Wert setzbar ist