DE2949380A1

DE2949380A1 - Brennstoff/luft-verhaeltnis-regeleinrichtung

Info

Publication number: DE2949380A1
Application number: DE19792949380
Authority: DE
Inventors: Toshimi Abo; Akio Hosaka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-12-08
Filing date: 1979-12-07
Publication date: 1980-07-10
Also published as: GB2037021A; JPS594541B2; FR2443584A1; US4294216A; GB2037021B; JPS5578139A; FR2443584B1; DE2949380C2

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoff/Luft-Verhältnis-Regeleinrichtung für eine Verbrennungsmaschine. Sie Erfindung bezieht eich insbesondere auf eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen eines fetten und mageren Gasgemisches beim Starten der selbständigen Regelung in einem solchen System.

Um schädliche Auspuffgase eines Automobils zu vermindern, wurde in Jüngster Zeit eine Brennstoff/Luft-Verhältnis-Regeleinrichtung vorgeschlagen, die auf dem Prinzip der selbsttätigen oder Rückführungs-Regelung beruht. Bei dieser Regeleinrichtung wird das Brennstoff/-Luft-Verhältnis auf der Grundlage einer Information betreffend die Konzentration des Abgasgehaltes der Maschine gesteuert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Regeleinrichtung. Bei dieser Regeleinrichtung wird die Konzentration des Abgasgehaltes, darunter beispielsweise O₂, CO, CO₂, EC, Κ0_χ, usw., durch einen Abgassensor 3i der in dem Auspuffrohr 2 angeordnet ist, erfaßt. Das Ausgangssignal des Sensors 3 wird mit einem Bezugswert V_ verglichen, bei dem es sich beispielsweise um ein eingestelltes Brennstoff/Luft-Verhältnis handelt.

Dieser Vergleich folgt durch eine Abweichungs-Detektorschaltung 4, die z.B. einen Differentialverstärker, einen Komparator oder dergl. umfaßt, und die Abweichung wird erfaßt. Mittels eines Steuergerätes oder einer Steuerschaltung 5 wird ein der Abweichung entsprechendes Steuersignal erzeugt. Bei diesem Steuersignal kann es sich um ein elektrisches Signal handeln, das proportional zu der

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Abweichung ist, es kann sich um ein integriertes Signal handeln, welches eine Integration der Abweichungen darstellt, oder das Signal kann aus der Summe der beiden genannten Signale gebildet sein. Die Menge des zugeführten Brennstoffs und der angesaugten Luft kann zusätzlich unter Verwendung des genannten Steuersignals durch ein Brennstoffeinsteil- oder -steuergerät 6 gesteuert werden. Bei diesem Steuergerät kann es sich entweder um einen Vergaser oder eine Einspritzanlage handeln, so daß das Brennstoff/Luft-Verhältnis des der Maschine 1 zuzuführenden Gasgemisches auf einem vorgegebenen eingestellten Wert gehalten wird. Es ist offensichtlich, daß die Brennstoffsteuereinrichtung 6 durch eine separate Größe gesteuert wird, beispielsweise durch Steuerung der Drosselklappe durch den Fahrer.

Wenn der Einstellwert des Brennstoff/Luft-Verhältnisses derart eingerichtet wird, daß er mit dem günstigsten Arbeitspunkt des Abgasreinigers 7> bei dem es sich um eine Katalysatoranordnung, einen Reaktor oder dergl. handeln kann, übereinstimmt, so können die schädlichen Anteile im Abgas wirksam herabgesetzt werden.

Wird eine ternäre Katalysatoranordnung verwendet, die zum Oxidieren von CO und HC und zum gleichzeitigen Reduzieren von NO dient, so wird als Einstellwert für das Brennstoff/Luft-Verhältnis ein Wert in der Nähe des stöchiometrischen Brennstoff/Luft-Verhältnisses gewählt.

Der in der oberen Regeleinrichtung für das Brennstoff/-Luft-Verhältnis verwendete Abgassensor ändert im allgemeinen seine Eigenschaften mit der Änderung der Temperatur. So besitzt beispielsweise das auf diesem Gebiet in großem Umfang verwendete Zirkonia-Sauerstoffkonzentrationsmeter eine äquivalente Schaltung, wie sie in Fig.

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gezeigt ist. Diese äquivalente Schaltung umfaßt eine Serienschaltung bestehend aus einer Batterie mit einer elektromotorischen Kraft e entsprechend der Sauerstoffkonzentration lind einem Innenwiderstand, dessen Viderstandswert O entsprechend der Temperatur schwankt. Der Izmenwiderstandswert f> besitzt einen Temperaturverlauf, wie er in Fig. 3 gezeigt ist. Wie man aus Pig. 3 entnimmt, wird der Innenwiderstand /O größer, wenn die Temperatur abnimmt, so daß es schwierig ist, die elektromotorische Kraft e dann abzuleiten. Aufgrund dieses Umstands muß die Brennstoff/Luft-Verhältnis-Regeleinrichtung als (rückführungslose) Steuerung arbeiten, um die Einrichtung in einem bestimmten Zustand zu halten, wenn die Temperatur des Abgas sensors niedrig ist. Die Einrichtung wird in die (geschlossene) Regelung oder selbsttätige Regelung übergeführt, nachdem der Abgassensor eine für seinen Betrieb ausreichend hohe Temperatur erreicht hat.

Um die Temperatur des Abgassensors zu erfassen, ist; ein Verfahren bekannt, bei dem die Schwankung des Innenwiderstandes herangezogen wird. Bei diesem Verfahren wird ein Strom durch den Abgassensor geschickt, und die Spannungsänderung entsprechend der Änderung des Innenwiderstandes aufgrund der Temperaturschwankung wird erfaßt.

Venn man nun annimmt, daß in dem Abgassensor ein Strom i fließt, so drückt sich die Ausgangs spannung Vq des Gassensors wie folgt aus:

V₀ - e + pi (1)

Man entnimmt der Gleichung (1), daß die Spannung Vq ab-

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nimmt, wenn der ^nnenwiderstand ρ aufgrund des Temperaturanstiegs klein wird. Daher kann mit der selbsttätigen Regelung begonnen werden, wenn V_Q einen bestimmten Wert unterschreitet.

Allerdings besteht noch das schwierige Problem, zu welchem Zeitpunkt mit der selbsttätigen Regelung begonnen wird.

Es ist bekannt, daß man den Bezugswert V_ in der Abweichungs-Detektorschaltung 4 besser entsprechend dem Zustand der Ausgangsgröße des Abgassensors variiert als ihn auf einem bestimmten festen Wert zu halten. In diesem Pail wird insofern ein Vorteil erzielt, als daß die Schwankung der Ausgangsgröße des Abgassensors bei niedriger Temperatur oder bei Strömung "des Sensors wirksam kompensiert werden kann.

Zum Indern des Bezugswertes V_ entsprechend dem Zustand des Ausgangssignals des Abgassensors ist es bekannt, einen Hittelwert zu bilden aus dem größten Wert (ein Wert bei zu fettem Gasgemisch) und dem kleinsten Wert (ein Wert bei zu magerem Gasgemisch) und diesen Mittelwert als Bezugswert V zu verwenden. Bevor dt der selbsttätigen Regelung in der oben erläuterten Weise begonnen wird, stellt das Ausgangssignal des Abgassensors entweder den größten oder den kleinsten Wert dar, so daß es unmöglich ist, den Mittelwert zwischen dem größten und dem kleinsten Wert vor dem Beginn der selbsttätigen Regelung zu erhalten, folglich hat man ein System ausgedacht, mit dem der Bezugswert V_ bei einem Wert festgelegt wird, der um einen gewissen Betrag bezüglich des größten Wertes vermindert ist, falls das Ausgangssignal des Abgassensors

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vor dem Beginn der selbsttätigen Regelung das größte Signal ist, und bei einem Wert festgelegt wird, der um einen bestimmten Betrag bezüglich des kleinsten Wertes erhöht ist, falls das Ausgangssignal das kleinste Signal ist. Daher wird der aus dem größten und kleinsten Wert des Sensorausgangssignals ermittelte Mittelwert als Bezugswert verwendet. Bei einem solchen System liegt der Bezugswert V stets in dem Bereich zwischen dem größten und kleinsten Wert, so daß nach dem Beginn der selbsttätigen Regelung automatisch eine richtige Regelung stattfindet.

Allerdings haftet dem oben erläuterten System noch das Problem an, daß eine genaue Beurteilung erforderlich ist, ob das Ausgangssignal des Abgassensors der größte oder der kleinste Wert ist, oder anders ausgedrückt, ob das Gasgemisch vor dem Beginn der selbsttätigen Regelung fett oder mager ist. Wird der Bezugswert fehlerhaft erhöht, selbst wenn das Gasgemisch fett ist, so £rd das Gasgemisch noch mehr angefettet, und im entgegengesetzten Pail wird das Gasgemisch noch mehr mager, so daß eine richtige Rückführungsregelung nicht erfolgen kann.

Zur Lösung dieses Problems wurde ein Verfahren entwickelt, das unter Bezugnahme auf Pig. 4- erläutert werden soll.

Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des Abgassensors einerseits und der Temperatur und dem Innenwiderstand andererseits bei einem System zeigt, in welchem durch den Abgassensor ein äußerer Strom geschickt wird.

In Fig. 4- zeigt die Kurve X eine Ausgangs spannung des mit dem Strom beschickten Sensors, wenn das Gasgemisch zu fett ist, die Kurve X¹ dagegen zeigt eine Ausgangs spannung, "bei

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der der äußere Strom zu der obigen Zeit unterbrochen wird. Eine Kurzve 7 zeigt eine Ausgangsspannung des mit dem Strom beschickten Sensors, wenn das Gasgemisch zu mager ist, und eine Kurve Y¹ zeigt eine Ausgangsspannung, wenn der Strom zu der obigen Zeit unterbrochen wird.

Nehmen wir an, daß die Startzeit für die selbsttätige Eegelung dort liegen soll, wo die Ausgangsspannung Vq bei zugeführtem Strom die Bedingung

V < V^- (beispielsweise hat V_„ den O " P' P'

Wert 1,2 V)

erfüllt. Diese Bedingung liegt nämlich vor, wenn entweder die Kurve X oder die Kurve Y unterhalb des eingestellten Wertes V₁ kommt. _#

Wenn wir in diesem Pail die Stromzufuhr zu einem Zeitpunkt unterbrechen, wenn die Kurve X oder die Kurve X den eingestellten Wert V- schneidet, so vermindert sich die Ausgangs spannung Vq von V_x auf V . Da nun zwischen den Werten V_x und V eine beträchtliche Differenz besteht, so daß ein zweiter eingestellter Wei't Vp zwischen den Kurven Σ· und Y¹ bestimmt wird, so wird die Ausgangsspannung Vq mit dem Wert V ~ verglichen, wenn die Stromzufuhr beendet wird. Auf diese Weise kann das fette oder magere Gasgemisch genauer beurteilt werden. Aufgrund des Beurteilungsergebnisses wird der Bezugswert weiter eingestellt. Ist nämlich das Gasgemisch zu fett, so wird ein um einen bestimmten Betrag unterhalb von V ,. liegender Wert als Bezugswert V genommen, und wenn das Gemisch zu mager ist, so wird ein etwas über dem Wert V- liege n-

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- ίο -

der Wert als Bezugswert V_ genommen. Dann wird der Strom aufs Neue zugeführt oder eingeprägt. In diesem Pail liegt der Bezugswert V stets zwischen der Kurve X und der Kurve Y. Danach erfolgt die richtige selbsttätige Regelung.

Ein solches System Jedoch erfordert ein ziemlich kompliziertes Verfahren, in-dem der Strom nach einer Beurteilung hinsichtlich der Möglichkeit des Beginns der selbsttätigen Begelung unterbrochen wird, daß eine Beurteilung bezüglich zu fettem oder zu magerem Gemisch vorgenommen wird, daß auf dieser Grundlage ein Bezugswert V_e festgelegt wird, und daß die selbsttätige Begelung begonnen wird, nachdem der Strom aufs Neue zugeführt wurde. Beim Ein- und Ausschalten des Stroms ist weiterhin eine bestimmte Zeit erforderlich, bevor die Ausgangsspannung Vq von den Kurven X, T auf die Kurven X¹, Y¹ oder umgekehrt übergeht (eine Zeit, in der die Maschine einige zig Umdrehungen machen kann), so daß die Beurteilung über den oben genannten Zeitraum verzögert wird. Dies bedeutet, daß der Anfangszeitpunkt für die selbsttätige Begelung um den genannten Zeitraum verzögert wird und sich die Abgasreinigung während dieses Zeitraums verschlechtert.

Die Erfindung schafft eine Verbesserung hinsichtlich der oben erläuterten, den herkömmlichen Systemen anhaftenden Probleme. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoff/Luft-Verhältnis-Begeleinricntung zu schaffen, die in der Lage ist, die Abgasreinigung zu verbessern, indem die für de Beurteilung des Beginns der selbsttätigen Begelung erforderliche Zeit verkürzt wird. Dies erfolgt dadurch, daß der dem Abgassensor eingeprägte Strom zu Beginn der selbsttätigen Eegelung um einen be-

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stimmten Betrag kleiner ist, so daß der Anfangswert des zuvor eingestellten Bezugswertes automatisch kjfeiner wird als der Maximalwert des Ausgangssignals des Abgassensors und größer wird als der kleinste Wert.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Ausführunsrsbeispiels einer Brennstoff/Luft-rVerhältnis-Regeleinrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann,

Pig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer äquivalenten Schaltung eines Abgassensors,

Pig. 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Innenwiderstands des Abgassensors von der Temperatur darstellt,

Pig. 4 und 5 graphische Dar st el lung en, in denen die Ausgangsspannung des Abgassensors in Abhängigkeit von der Temperatur aufgetragen ist,

Pig. 6 und 7 vereinfachte Blockdiagramme von Ausführungsbeispielen der Erfindung,

Pig. 8 den AusgangsSpannungsverlauf der in Fig. 7 dargestellten Einrichtung,

Pig. 9 ein Schaltungsdiagramm für eine Stromversorgung, Pig. 10 ein Ausführungsbeispiel für eine Bezugswertein-

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stellschaltung, und

Fig. 11- ein Signalformdiagramm zur Verdeutlichung der in Fig. 10 dargestellten Schaltung.

Zuerst soll das Prinzip der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert werden.

In Fig. 5 stellen die Kurven X und T die Aus gangs spannungen bei Zuführen eines Stroms dar. Die Kurven X¹ und T¹ zeigen die Ausgangs spannungen, wenn der Strom bezüglich des richtigen Wertes um Δί vermindert ist.

Es soll angenommen werden, daß der Startpunkt für die selbsttätige Regelung dort liegt, wo die Ausgangsspannung Vq kleiner ist als V_,., d.h., es gilt Vq _m V >. (V ^ ist z.B. 1,2 V) bei Stromzufuhr. Venn der Strom um einen bestimmten Wert Ai vermindert wird, vermindert sich die Ausgangsspannung von Vy. auf V" oder V" , wenn die Kurve X, bzw. T die Kurve für V >. schneidet. Auf der Grundlage des Wertes von Δ i können die Werte für V" und V" vorab angenommen werden, so daß, wenn der Wert V , als Bezugswert V_g genommen wird, mit Vⁿ _x > ^px^^ automatisch die richtige selbsttätige Regelung erreicht werden kann. Nach diesem Prinzip wird im Unterschied zu dem vollständigen Ein/Aus -Schal ten der Stromversorgung der Strom nur um Δί vermindert, so daß die Zeitverzögerung sehr klein gehalten werden kann. Bei dem Anfangswert für den Bezugswert V_ kann es sich stets um einen bestimmten Wert handeln, so daß die Schaltung in einfacher Weise aufgebaut sein kann. Der Anfangswert des oben genannten Bezugswertes kann vorab eingestellt werden, beispielsweise aufgrund von Versuchen.

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Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert werden.

In Fig. 6 und Fig. 1 sind gleiche Teile mit gleichen^ Bezugszeichen versehen. In dem Auspuffrohr 2 ist ein Abgassensor zwischen einem Motor 1 und einem Reiniger 7 angeordnet. Das Ausgangssignal des Sensors 3 wird in einer Detektorschaltung 4 mit einem Bezugswert V_e verglichen, und ein Steuergerät 5 steuert eine Brennstoffeinstelleinrichtung 6 auf der Grundlage der erfaßten Abweichung.

Vie man Fig. 6 entnimmt, ist erfindungsgemäß zwischen der Detektorschaltung 4 und dem Steuergerät 5 eine Schalteanordnung 10 vorgesehen. Während der rückführungslosen Steuerung, d.h. bei niedriger Temperatur, ist die Schalteranordnung 10 derart eingestellt, daß zwischen der Detektorschaltung 4 und der Steuereinrichtung 5 keine Verbindung herrscht, indem der Schalterarm mit dem Kontakt a in Verbindung steht. Folglich wird das von der Steuereinrichtung 5 abgegebene Steuersignal auf einem konstanten Wert gehalten, und es findet eine rückführungslose Steuerung statt, wenn die selbsttätige Regelung unterbrochen ist. Zwischen dem Sensor 3 und der Schalteranordnung 10 ist eine Identifikationsschaltung 8 vorgesehen. Diese Identifikationsschaltung 8 enthält eine Stromversorgungsschaltung, mit der dem Abgassensor 3 ein Strom eingeprägt werden kann. Die Identifikationsschaltung 8 liefert normalerweise einen vorbestimmten Strom zu dem Abgassensor 3» und die Spannung Vq am Ausgang des Abgassensors 3 wird unter dieser Bedingung mit einem eingestellten Wert V₁ verglichen. Wird die Bedingung Vq _m V₁ erreicht, so vermindert die Identifikationsschal -

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tung den Strom um^ i und liefert gleichzeitig ein Startsignal S₂ für die selbsttätige Regelung an eine Bezugswerteinstellschaltung 9 und an die Schalteranordnung 10. Bei Erhalt des Signals So -legt die Bezugswert einst eil schal tung 9 als Anfangswert für den Bezugswert V den Wert V , fest und liefert diesen Wert an die Abweichungsdetektorschaltung 4. In diesem Fall wird der Vert Vz vorab so ausgewählt, daß er in dem Bereich zwiscten dem Maximalwert V" und dem Minimal wert V" dee Ausgangswertes des Abgassensors liegt, wie es oben beschrieben wurde. Hierdurch wird auf automatischem Wege die richtige Beurteilung hinsichtlich eines fetten oder mageren Gemisches erzielt. Durch das oben erwähnte Startsignal S₂ für die selbständige Regelung wird die Schalteranordnung 10 nun umgeschaltet auf den Kontakt b,um die Schleife zu schließen, und eine selbsttätige Regelung zu beginnen. Wenn die selbsttätige Regelung begonnen ist, erfaßt die Bezugswerteinstellschaltung 9 den Maximum- und Minimumwert des Abweichungssignals S, und liefert an die Abweichungsdetektorschaltung als Bezugswert V₀ einen Wert entsprechend dem oben erwähnten, beispielsweise dem aus dem Maximum- und Minimum gebildeten Mittelwert. Sann findet die übliche selbsttätige Regelung statt.

Pig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung; Pig. 8 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der in Pig. 7 gezeigten Schaltung.

Eine in Pig. 7 dargestellte Puffer schal tung 10 ist als Operationsverstärker mit einem PNP-Eingang ausgestattet und besitzt einen kleinen Reststrom im Bereich von einigen 10 bis 100 nA. Der Reststrom fließt in den Sensor 3·

Eine Stromversorgungsschaltung 11 speist den Abgassensor

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3 über Serienschaltungen, die aus einer Diode und einem Widerstand bestehen, mit Strömen i und Ai. Der dem Abgassensor 3 eingeprägte Strom wird ausgedrückt durch:

i + Δι + i'

In Fig. 8 bedeuten die Kurven X und Y, X¹' und Y" und X"· und Y"¹ den Verlauf der Ausgangsspannung Yq für folgende Fälle:

X, Y .... zugeführter Strom: i +Ai + i¹ (Normalfall) X", Y^M .... zugeführter Strom: i + i' (um Ai vermindert) X¹", Y"¹ .... zugeführter Strom: i' (die Stromzufuhr von

der Schaltung 11 wurde vollständig unterbrochen).

Bei der in Fig. 7 gezeigten Schaltung erreicht der dem Abgassensor 3 eingeprägte Strom selbst dann, wenn die Stromversorgung aus der Schaltung 11 vollständig unterbrochen wird, nicht vollständig den Vert O, da noch der Reststrom i¹ von der Pufferschaltung 12 kommt. Aus diesem Grund unterscheiden sich die Kurven X¹¹¹ und Y¹" gemäß Fig. 8 von den Kurven X¹ und Y* gemäß Pig. 4· im Zeitpunkt der Unterbrechung des zugeführten Stroms, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Schaltung wird bei der rückführungslosen Steuerung die Schalteranordnung 10 mit dem

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Kontakt a in Verbindung gebracht, und dann liefert die Stromversorgung 11 einen Strom i + Δί. Polglich fließt zu dem Abgassensor 3 ein Strom i + Δ i + i' · Die Ausgangsspannung des Abgassensors 3 ergibt sich aus den Kurven X und Y in Fig. 8.

Ein Komparator oder Vergleicher 13 vergleicht das Ausgangssignal der Pufferschaltung 12, das dasselbe Signal ist wie die Ausgangs spannung Vq des Abgassensors, mit der eingestellten Spannung V- und liefert das Ausgangs signal S^, wenn die Bedingung Vq ^V- erreicht ist.

Die Stromversorgung 11 unterbricht den Strom Ai» wenn das Signal S^ gegeben wird, so daß noch der Strom i abgegeben wird.

Die an den Ausgang des !Comparators 13 angeschlossene Verzögerungsschaltung 14 liefert ein Signal S~, bei dem es sich um ein bezüglich des Signals S^ um die Zeit X^ verzögertes Signal handelt. Die Bezugswerteinstellschaltung 9 liefert einen Anfangswert V_ - V_nX für den Bezugs-

s pp

p wert, wenn das Signal S₂ an die Eins teil schaltung 9 gegeben wird. Zur selben Zeit wird die Schalteranordnung 10 auf den Kontakt b umgeschaltet, und die selbsttätige Regelung wird begonnen.

Die oben erwähnte Verzögerungszeit T^. ist vorgesehen, um eine Stabilisierung der Ausgangsspannung des Abgassensors nach dem Vermindern des zugeführten Stroms zu erreichen. Die vor dem Eintritt der Stabilisierung benötigte Zeit ist wesentlich kürzer im Vergleich zu den oben erläuterten herkömmlichen Ausführungsformen, bei denen die Stromversorgung vollständig unterbrochen wurde.

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Wenn die selbsttätige Regelung begonnen wird, liefert die Bezugswerteinstellschaltung 9 einen dem Ausgangssignal des Abgassensors entsprechenden Wert als Bezugswert V , beispielsweise einen aus dem Maximum- und Minimumwert gebildeten Mittelwert.

Wenn die Temperatur des Abgassensors ansteigt, vermindert sich die Ausgangsspannung Vq des Abgassensors nach und nach entlang den Kurven X"¹ und Y'", d.h., die Spannung nimmt in der Zeichnung nach rechts hin ab. Die Bezugsspannung V_ vermindert sich entsprechend.

Ein Komparator 15 vergleicht den Wert V_ mit einem Einstellwert V 4. Dieser Wert V^ ist beispielsweise ein Mittelwert, der zwischen dem Maximum- und Minimumwert bei der normalen Betriebstemperatur liegt und beispiels* weise 0,4- V beträgt. Ist die Bedingung V < V^ erreicht, liefert der Komparator 15 ein Ausgangssignal Sr, indem festgestellt wird, daß der Abgassensor eine ausreichend hohe Temperatur hat. Die Stromversorgung unterbricht die Stromzufuhr völlig, wenn das Signal Segegeben wird. Folglich beschränkt sich nun der dem Abgassensor eingeprägte Strom auf den Reststrom i'. Die Ausgangsspannung Vq des Abgassensors liegt im Bereich zwischen den Kurven X"' und Y"!. In diesem Fall ist der Bezugswert V₈ auf den Wert V^ fixiert. Wie man aus Fig. 8 entnehmen kann, liegen die Kurven X" und X"¹ sehr dicht beieinander, und auch die Kurven Y" und Y"¹ liegen sehr dicht beieinander, so daß die Ausgangsspannung des Abgassensors nicht viel schwankt, selbst wenn die Stromzufuhr des Stroms i unterbrochen wird.

Wie sich aus der obigen Erläutertung ergibt, kann Energie eingespart werden, indem die Stromzufuhr bei hoher Tempera-

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tür lint erbrochen wird.

Wenn während der selbsttätigen Regelung die Temperatur des Abgassensors beispielsweise aufgrund eines langen Leerlaufs abnimmt, so ist es notwendig, wiederum eine rückführungslose Steuerung durchzuführen.

Es können verschiedene Wege beschnitten werden, um bei Notwendigkeit ein solches Umschaltens zwischen selbsttätiger Regelung und rückführungsloser Steuerung vorzunehmen. Beispielsweise gibt es ein System, bei dem eine solche Beurteilung auf der Grundlage der Amplitude der Ausgangsspannung des Abgassensors erfolgt. Hierbei wird die Differenz zwischen dem Maximal- und Minimalwert herangezogen, und es wird ein Umschalten auf die rückführungslose Steuerung festgelegt, wenn die Amplitude unterhalb eines bestimmten Wertes liegt. Bei der in Pig. gezeigten Schaltung jedoch fließt ein Reststrom i' durch den Sensors 3 selbst dann, wenn die Stromzufuhr unterbrochen ist, so daß durch die Verwendung des Reststroms die Beurteilung hinsichtlich der niedrigen Temperatur bewirkt werden kann. Die Identifika tions schaltung 16 nämlich besteht beispielsweise aus einer Halteschaltung und einem Komparator, und sie überwacht das Abweichungssignal, welches von der Abweichungs-Detektorschaltung geliefert wird. Die Schaltung 16 liefert ein Signal S^, wenn das Abweichungssignal einen bestimmten Wert über dem Bezugswert V einnimmt (zu dieser Zeit ist V auf V-ij, fixiert, d.h., V₈ ■ V^), und wenn das Abweichungssignal für eine bestimmte Zeitdauer auf dem bestimmten Wert gehalten wird. Dies bedeutet, daß die Ausgangsspannung Vq des Abgassensors selbst bei abgemagertem Gasgemisch (rechte Seite von t^ in Fig. 8) größer als

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V . wird. Durch dieses Signal Sg wird die Schalteranordnung 10 auf den Kontakt a umgeschaltet,und das System geht zur rückführungslosen Steuerung über. Die Stromversorgung 11 beginnt wiederum, einen Strom i + Ai abzugeben.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Schaltung wird der Beststrom i¹ der Pufferschaltung 12 verwendet. Ist jedoch ein solcher Reststrom nicht vorhanden, so kann der Wert des von außen aufgeprägten Stroms, der von der Stromversorgung 11 abgegeben wird, in drei Schritten "i", "i + Δί" und "i + Δί + i^IN geändert werden.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Stromversorgungsschaltung 11. Die Schaltung wird durch einen Mikrocomputer 17 gesteuert, der ein Teil aufweist, welches der Steuereinrichtung 5 und der Bezugswerteinstellschaltung 9 entspricht.

Hier wird der Mikrocomputer 17» der Ausgangskreis für die an die Stromversorgung zu gebenden Signale, wie z.B. S^.» Se» Sc gemäß Fig. 7» aus einem dreistufigen Puffer 18 gebildet.

Der dreistufige (three state) Puffer 18 ist eine Pufferschaltung, deren Ausgang drei Zustände annehmen kann, nämlich "1", "0" und "hochohmig". Im allgemeinen ist der Ausgangskreis eines Mikrocomputers in dieser Art ausgebildet.

Betrachtet man nun Fig. 9> so werden, wenn ein Ausgangssignal "1" (entsprechend Sc) von dem Puffer 18 geliefert wird, beide Transistoren CL· und Q₂ eingeschaltet, so daß die Spannung V_x. an der Ausgangsklemme der Stromver-

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sorgung 11 im wesentlichen 0 Volt annimmt, und der äußere Strom den Wert 0 hat.

Ist die Ausgangsgröße des Puffers 18 "0" (entsprechend S^), so werden "beide Transistoren Q^ und Qp abgeschaltet, und es wird V,, ■ V_„ χ R4 , so daß ein großer

I CC

Strom (über i + Δι) durch den Sensor fließt.

Wenn als nächstes der Ausgang des Drei-Zustand-Puffers 18 "hochohmig" ist (entsprechend S^), wird der Transistor Q* eingeschaltet, und die Basis dieses Transistors, nämlich V^» wird gleich der Basis-Emitter-Spannung Vj^, etwa 0,6 V. Da der Spannungsabfall an der Diode D^ und an der Diode D^ einander kompensieren, wird die Spannung Vp gleich der Spannung V,. Das Basispotential V^ des Transistors Qp wird gleich der Spannung V,, geteilt durch das Verhältnis der Widerstände R^ und R₂* so daß dieser Transistor Q₂ abgeschaltet wird. Demnach liegt die folgende Beziehung vor, und der Versorgungsstrom entspricht dem oben erwähnten Strom i:

v_cc

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Bezugswerteins teil schaltung 9· Fig. 11 zeigt Signalformen für die Schaltung nach Fig. 10.

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In Pig. 10 bilden ein Operationsverstärker 20, ein Kondensator C_x. und eine Zenerdiode D, einen Integrator mit einem unteren Grenzwert. Dieser Integrator führt keine Integration aus, bevor ein Schalter 21, der parallel zu der Zenerdiode D, geschaltet ist, durch das Signal Sp geöffnet wird und der Ausgang 0 Volt ist· Unter dieser Bedingung ist der Bezugswert V_ gleich dem Potential zwischen der Quellenspannung V„„ und

CC

0 Volt, geteilt durch das Verhältnis der Widerstände Bg und Sn. Die Widerstände Eg und Rr, sind derart ausgewählt, daß die Spannung V_ unter der oben genannten Bedingung gleich wird dem erwähnten Wert von V *.

Wenn die selbsttätige Regelung begonnen wird, wird der Schalter 21 durch das Signal S₂ geöffnet, so daß der Integrator nun eine Integration durchführen kann. Wenn das Signal S, der Abweichungs-Detektorschaltung 4- eine Bedingung "mageres Gemisch" für das Brennstoff/-Luft-Verhältnis (niedriger Pegel) in einem solchen Zeitraum anzeigt, wird ein Zeitgeber 19 in Gang gesetzt, der ein Signal Sr₇ mit hohem Pegel für eine bestimmte Dauer Tf an die Integratorschaltuns liefert.

Die Integratorschaltung integriert das Signal So, das von dem Zeitgeber 19 kommt und liefert an seinem Ausgang ein Signal S_Q. Diese Integration wird fortgesetzt, bis die Ausgangsspannung die Zenerspannung V₂ der Zenerdiode D, erreicht. Wenn der integrierte Ausgang Sg die Zenerspannung V erreicht, wird eine weitere Integration unterbrochen, und der dann vorliegende Wert bestimmt den unteren Grenzwert, d.h., V^ des Bezugswertes V_. Vom Anmelder wurde bereits vorgeschlagen, eine Schaltung hinzuzufügen, die in der Lage ist, den Bezugswert

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V so zu halten, daß er in dem Bereich zwischen der Abgassensor-Ausgaijsspannung X"' bei fettem Gasgemisch und der Ausgangs spannung T"¹ bei magerem Gasgemisch liegt, indem die Bezugs Spannung V vermindert wird, oder indem der Wert auf einem bestimmten konstanten Wert gehalten wird, und zwar ungeachtet des Wertes des Abweichungssignals S,, falls eine Möglichkeit gegeben ist, daß der Bezugswert V_ über Z" oder unter Y^w gelangt. Weiterhin kann der Bezugswert V_ auf einen Zwischenwert eingestellt werden, der zwischen dem oberen und unteren Spitzenwert des Abgassensorsignals liegt, wie bereits erwähnt wurde.

Wie oben erläutert wurde, erfolgt die Beurteilung hinsichtlich des Vorliegens eines fetten und mageren Gasgemisches erfindungsgemäß rasch und genau zu Beginn der selbsttätigen Regelung. Aufgrund der ofcen erläuterten Ausgestaltung kann die selbsttätige Regelung frühest möglich begonnen werden. Hierdurch wird eine Verbesserung der Reinigung des Abgases erzielt. Weiter kann die Entscheidung für den Übergang von der selbsttätigen Regelung zu der rückführungslosen Steuerung auf einfache Weise und exakt vorgenommen werden.

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Leerseite

Claims

■PATENTANWÄLTE

NISSAN MOTOR CO., LTD.

2, Takara-Cho, Kanagawa-ku,

Yokohama City, Japan

A. GRÜNECKER

tn.-M

H. KINKELDEY

OA-INQ

W. STOCKMAIR

GR-Ml' *·* ICM.TCO4

K. SCHUMANN

mmwt OH-MH

R. H. JAKOB

on.ua

6. BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXiMlUANSTRASSE

7- Dezember 1979 P 14 538-57/so

Brennstoff/Luft-Verhältnis-Regeleinrichtung

Patentansprüche

Brennstoff/Luft-Verhältnis-Regel einrichtung, mit einem Abgassensor zum Erfassen der Zusammensetzung und Konzentration der Abgase einer Maschine, einer Einrichtung zum Bereitstellen eines aus dem Abgassensorausgangs signal und einem Bezugswert abgeleiteten Abweichungssignals, wobei das Brennstoff/Luft-Verhältnis des der Maschine zuzuführenden Gemisches durch ein auf dem Ab-Veichungssignal basierenden Regelsignal geregelt wird

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TBLBPON (Ο·β) 99 Β· SQ

TKLBX Οβ-0ββ·Ο

tbleqrammb μονλρατ

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und der Bezugswert variiert wird, um eine Anpassung an den Zustand der Ausgangsgröße des Abgassensors zu erreichen, dadurch gekennzeichnet» daß eine Einrichtung (8; 11) vorgesehen ist, mit der dem Abgassensor (3) von außen ein Strom eingeprägt wird, wenn die Ausgangsspannung des Abgassensors (3) während der Zufuhr einer bestimmten Stromstärke unter einen vorgegebenen Wert auf einem zweiten, kleineren vorgegebenen Wert abfällt, um dann die selbsttätige Regelung zu beginnen, und daß eine Einrichtung (9) vorgesehen ist, mit der zu Beginn ein Zwischenwert einstellbar ist, der zwischen einem erwarteten Wert V'¹ für das Abgassensorausgangssignal bei zu fettem Gasgemisch und einem erwarteten Wert V" des Signals , wenn das Gasgemisch zu mager ist, im Zeitpunkt liegt, in welchem von dem ersten auf den zweiten vorgegebenen Wert bei zu fettem oder zu magerem Gemisch umgeschaltet wird, wobei der Zwischenwert als Anfangswert für den Bezugswert genommen wird.
2. Hegeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i chne t, daß eine Einrichtung (4) vorgesehen ist, um die Zufuhr des eingeprägten Stroms zu unterbrechen, wenn der Bezugswert kleiner wird als ein Einstellwert, welcher um einen Zwischenpunkt festgelegt wird zwischen Ausgangsspannungen des Abgassensors (3) für zu fettes und zu mageres Gasgemisch zu einem Zeitpunkt, wenn der Sensor eine hohe Temperatur aufweist.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Umschalten der Stärke des eingeprägten Stroms von dem zweiten vorgegebenen Wert auf einen dritten vorgegebenen Wert, bei dem es sich im Vergleich zu dem zweiten vorgegebenen Wert um einen sehr kleinen Wert

030028/0001

29A9380

handelt, wenn der Bezugswert kleiner wird als ein erster Einstellwert, der festgelegt wird um einen Punkt zwischen den AusgangsSpannungen des Abgassensors für zu fettes und zu mageres Gasgemisch zu einem Zeitpunkt, wenn der Sensor hohe Temperatur aufweist, wobei gleichzeitig der Bezugswert auf den ersten Einstellwert festgelegt wird, und daß eine Einrichtung (10) vorgesehen ist, um die selbsttätige Regelung zu unterbrechen, wenn der Wert der Ausgangsspannung des Abgassensors bei magerem Gasgemisch während der selbsttätigen Regelung größer wird als der erste Einstellwert, wobei gleichzeitig die Stärke des von außen eingeprägten Stroms auf den ersten vorgegebenen Wert zurückgestellt wird.

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