DE3013188A1

DE3013188A1 - Vorrichtung zum steuern des kraftstoff/luftverhaeltnisses fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3013188A1
Application number: DE19803013188
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Kanegae; Kenji Masaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-04-06
Filing date: 1980-04-03
Publication date: 1980-10-16
Also published as: GB2047439A; AU5713980A; DE3013188C2; CA1150385A; GB2047439B; US4385612A; JPS55134729A; FR2453276A1; JPS5945824B2; AU525941B2; FR2453276B1

Description

- 5 Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses für eine Brennkraftmaschine und insbesondere eine derartige Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses zum Steuern des Verhältnisses zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf der reichen oder der armen Seite des stöchiometrischen Wertes.

Es sind bereits Vorrichtungen zum Steuern des Kraftstoff/ Luftverhältnisses vorgeschlagen, worden, die einen Abgassensor, wie beispielsweise einen Sauerstoffsensor aufweisen, der im Abgaskanal einer Maschine vorgesehen ist. Ein derartiger Sauerstoffsensor spricht auf die Konzentration des Restsauerstoffes in den darüber strömenden Abgasen an und "liefert um die stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnisse herum ein Signal mit zwei definierten Pegeln. Das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors wird zur Prozessregelung der der Maschine gelieferten- Kraftstoffmenge verwandt/ um das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff im Bereich der stöchiometrischen Verhältnisse zu halten.

Obwohl derartige herkömmliche Vorrichtungen zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses zweckmässigerweise mit Drei-Wege-Katalysatoren mit Oxidations- und Reduktionsfunktionen verwandt werden, um das Abgas vollständig zu reinigen, ist es ausserordentlich schwierig, das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf der armen Seite des stöchiometrischen Wertes, beispielsweise um den Wert 17, zur Brennstoffeinsparung oder auf der reichen Seite des stöchiometrischen Wertes, beispielsweise um den Wert 13,für eine höhere Maschinenausgangsleistung zu steuern.

D.h., dass ein Abgassensor, wie beispielsweise ein Zirkonsauerstoffsensor, dessen Aüsgangssignal sich scharf zwischen dem

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einen und dem anderen Pegel um die stöchiometrischen Kraftstoff/ Luftverhältnisse herum -ändert und im wesentlichen ausser im Bereich der stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnisse konstant bleibt, ausser im Bereich der stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnisse nicht direkt zum Steuern des Verhältnisses zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff und nicht zum Steuern dieses Verhältnisses mit grosser Genauigkeit und ohne Beeinträchtigung des Laufs der Maschine verwandt werden kann, die mit einem Abgasreinigungssystem, wie beispielsweise einera Abgasrezxrkulationssystem ausgerüstet ist. '. ' . . "..'.'. . .

Ziel der Erfindung ist daher eine Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses, die das Verhältnis zwischen der angesaugten- Luft und dem Kraftstoff auf der reichen oder der armen Seite des stöchiometrischen Wertes unter Verwendung eines herkömmlichen Abgassensors steuern kann, dessen Ausgangssignal sich scharf im Bereich des stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnisses ändert.

Durch die Erfindung soll insbesondere eine Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnissos geliefert werden, die einen relativ einfachen Aufbau hat.

Ziel der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luf^Verhältnisses, bei der es nicht mehr notwendig ist, ein sehr genaues und mit hohen Kosten verbundenes Kraftstoffversorgungssystem vorzusehen, was zu einer Abnahme der Kosten führt.

Das wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses für eine Brennkraftmaschine erreicht, die einen Sensor, der im Abgaskanal der Maschine vorgesehen ist und auf die Konzentration eines Bestandteiles in den darüber strömenden Abgasen ansprechend wahrnimmt,

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dass das Kraftstoff/Luftverhältnis des der Maschine gelieferten Gemisches auf dem stöchiometrischen Wert angekommen ist, eine Kraftstoffversorgungseinrichtung, die eine gesteuerte Kraftstoffmenge, dem Ansaugsystem der Maschine zuführt,und eine Steuereinrichtung aufweist, die dem Sensor zugeordnet ist und ein erstes und ein zweites Steuersignal der KraftstoffVersorgungseinrichtung liefert, um die durch die Versorgungseinrichtung hindurch zugeführte Kraftstoffmenge zu steuern, wobei das erste Steuersignal für ein bestimmtes Zeitintervall nach der Ankunft des Verhältnisses zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf dem stöchiometrischen Wert auftritt, um zu bewirken, dass das .Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff vom stöchiometrischen Wärt weg bewegt wird^und wobei das zweite Steuersignal mit der Verzögerung des bestimmten Zeitintervalls auftritt, damit sich das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf den stöchiometrischen Wert zu bewegt, wodurch das mittlere Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf einer Seite'des stöchiometrischen Wertes gesteuert wird.

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht in einer Steuervorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses eines einer Maschine gelieferten Gemisches auf einer Seite des stöchiometrischen Wertes. Die Vorrichtung .weist einen Sensor, der die Ankunft des Verhältnisses zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff am stöchiometrischen Wert wahrnimmt, und eine Kraftstoffversorgungseinrichtung auf, die eine gesteuerte Kraftstoffmenge dem Ansaugsystem der Maschine liefert. Eine Steuereinrichtung ist dem Sensor zugeordnet, um ein erstes und ein zweites Steuersignal der Kraftstoffversorgungseinrichtung zu liefern, so dass die da hindurch zugeführte Kraftstoffmenge gesteuert wird. Das erste Steuersignal bewirkt, dass sieh das Verhältnis sswischen der angesaugten Luft und dem "Kraftstoff auf den stöchiometrischen Wert zubewegt und das zweite Signal tritt für ein be-

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stimmtes Zeitintervall nach der Ankunft des Verhältnisses zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf dem stöchiometrischen Wert auf/ um zu bewirken, dass sich dieses Verhältnis vom stöchibmetrisehen"Wert wegbewegt.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte . Ausführungsbeispiel« der Erfindung näher erläutert:

Fig. T zeigt schematisch eine "Brennkraftmaschine, die

mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Steuerung für das Kraftstoff/Luftverhältnis ausgerüstet ist.

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild den wichtigsten Teil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses.

Fig. 3 - zeigt in einer Vielzahl von Wellenformen die Ausgangssignale der verschiedenen Bauelemente der in Fig. 2 dargestellten Schaltung.

Fig. 4 zeigt die Änderungen im Verhältnis zwischen der

angesaugten Luft und dem Kraftstoff, die durch ein Ausführungsbeispiel· der erfindungsgemässen Vorrichtung hervorgerufen werden.

Fig. 5 · zeigt ein Beispiel des Steuerbereiches für das Kraftstoff/Luftverhältnis, der durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung geliefert wird.

Fig. 6 zeigt in einer Vielzahl von Wellenformen die Ausgangssignale der verschiedenen Bauelemente der in Fig. 2 dargestellten Schaltung.

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Fig. 7 zeigt die Änderungen im Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem.Kraftstoff,. die durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen ■ Vorrichtung hervorgerufen werden. ■ ·

Fig. 8 zeigt ein Beispiel des Steuerbereiches für das Kraftstoff/Luftverhältnis, der durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vor- - richtung geliefert wird.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, die · einen Ansaugkanal 12, in den ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzventil 14 gepasst ist,und einen Abgaskanal-16 aufweist, der mit einem-Abgassensor 18, beispielsweise einem Zirkonsaueratoffsensor, versehen ist, dor auf die Konzentration des Restsauerstoffes im darüber strömenden Abgas anspricht, so"dass sich sein Ausgangssignal scharf zwischen zwei definierten Pegeln um die stöchiometrisehen -Kraftstoff/ Luftverhältnisse herum ändert. Der Abgassensor kann von irgendeinem anderen Typ sein, der auf die Konzentration eines Bestandteiles der Abgase anspricht und den Zustand seines Ausgangssignales scharf um die stöchiometrischen Kraft-' stoff/Luftverhältnisse.herum ändert. Der Ausgang des Zirkonsauerstoff sensors 18 steht mit einer elektrischen Steuereinheit 20 in Vorbindung, die einen Impulsgenerator 22 , der die Treiberimpulse für das Kraftstoffeinspritzventil 14 liefert, um dieses zu steuern, und eine Steuerschaltung 24 aufweist, die auf das Ausgangssignal des Zirkonsauerstoffsensors 18 anspricht und dem Impulsgenerator 22 ein Steuersignal liefert. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses kann auch auf eine Maschine angewandt werden, die statt mit einem Kraftstoffeinspritzventil 14 mit einem Vergaser ausgerüstet ist.

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BAD ORtQtNAL

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, umfasst die Steuerschaltung 24 eine Schmitt-Trigger-Schaltung 26, an der ein Eingangssignal vom Zirkonsauerstoffsensor 18 liegt und die einen Auslöseimpuls mit bestimmter Impulsbreite immer dann liefert, wenn das Ausgangssignal des Zirkonsauerstoffsensors 18 sich zwischen seinem hohen und seinem niedrigen Pegel ändert. In diesem Fall ist der Zirkonsauerstoffsensor so ausgelegt, dass sein Ausgangssignal auf den niedrigen Pegel geht, wenn sich das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff von der reichen Seite zur armen Seite des .stöchiometrischen Wertes verschiebt. Der Ausgang der Trigger-Schaltung 26 ist mit dem Eingang einer Zeitgeberschaltung 28 verbunden, deren Ausgangssignal synchron mit der vorderen , Flanke des Auslöseimpulses auf den niedrigen Pegel gesetzt wird, der von der Trigger-Schaltung 26 anliegt, auf dem niedrigen Pegel für ein bestimmtes Zeitintervall t von beispielsweise einigen Sekunden gehalten wird und dann automatisch auf seinen .hohen Pegel zurückgeführt wird.

Die Steuerschaltung,24. weist gleichfalls eine Tastspeicherschaltung 30, eine Pegelschiebeschaltung 32 und eine Integrationsschaltung 34 auf, an der Eingangssignale von der Zeitgeberschaltung 28, der Tastspeicherschaltung 30 und der Pegelschiebeschaltung 32 liegen. Die Integrationsschaltung 34 wird rückgesetzt, so dass sie an ihrem Ausgang ein Signal erzeugt/ das denselben Pegel"wie das Ausgangssignal der Pegelschiebeschaltung 32 hat, wenn die Zeitgeberschaltung 28 ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel anlegt. Die Integrationsschaltung 34 spricht auf ein Eingangssignal mit hohem Pegel von der Zeitgeberschaltung 28 an und integriert das Ausgangssignal der Tastspeicnerschaltung 30 relativ zum Ausgangssignal der Pegelschiebeschaltung 32. An der Tastspeicherschaltung 30 liegen Eingangssignale von der Trigger-Schaltung 26 und der Integration-sschaltung 34, um das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 34 auf ein Eingangssignal mit hohem Pegel von der Trigger-Schaltung

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abzutasten und auf ein Eingangssignal mit niedrigem Pegel von der Trigger-Schaltung 26 zu speichern. Das Ausgangssignal der Tastspeicherschaltung 30 liegt an der Pegelschiebeschaltung 32, wo es um einen konstanten Pegel nach oben öder nach unten verschoben.wird. - ■

Wenn zunächst angenommen wird, dass die Pegelschiebeschaltung 32 so ausgebildet ist, dass sie das Ausgangssignal der Tastspeicherschaltung 30 um einen konstanten Wert nach oben ver*· schiebt, so lässt sich das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässeri Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/ Luftverhältnisses anhand der in Fig. 3 dargestellten Wellenformen beschreibe*!.

Wenn das Verhältnis zwischen der- angesaugten Luft und dem Kraftstoff sich in Richtung auf die arme Seite des stöchiometri* sehen Wertes verschiebt und am stöchioinetrischen Wert ankommt, kommt das Ausgangssignal des Zirkönsauerstoffsensors 18 auf einen niedrigen Pegel, wie es anhand der Wellenform 18a in Fig. 3 zu ersehen ist, so dass die Trigger-Schaltung 26 einen Auslöseimpuls erzeugt, wie es' anhand der. Wellenform 26a in Fig. 3 ersichtlich ist. Das hat zur Folge, dass die Tastspeicherschaltung 30 das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 34 abtastet. Wenn das Ausgangssignal der Trigger-Schaltung 26 auf einen niedrigen Pegel kommt, wird gleichzeitig die Zeitgeberschaltung 28 auf ihren niedrigen Pegel rückgesetzt. Das Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung 28 wird für ein bestimmtes Zeitintervall t auf einem niedrigen Pegel gehalten, wie es anhand der Wellenform 28a in Fig. 3 erkennbar ist, um die Integrationsschaltung 34 während des Zeitintervalls t im rückgesetzten Zustand zu halten. Das hat zur Folge, dass das Ausgangssignal der Integrationsschal- · tung 34 gleich dem Ausgangssignal der Pegelschiebeschaltung 32 gehalten ist. Die Pegelschiebeschaltung 32 verschiebt das Ausgangssignal der Tastspeicherschaltung 30 um einen

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konstanten Pegel nach oben, wie es anhand der Wellenformen 30a und 32a in Fig. 3 erkennbar ist. Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 34 liegt als erstes Steuersignal am Impulsgenerator 22, der ein.Treiberimpulssignal dem Kraftstoff einspritzventil 14 liefert, um dieses so zu steuern, dass die durch das Kraftstoffeinspritzventil 14 hindurch eingespritzte Kraftstoffmenge zunimmt, um das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff reicher zu machen. Diese Verhältnisse dauern für das Zeitintervall t an, das in der Zeitgeberschaltung 28 bestimmt ist.

Wenn das Ausgangssignai der Zeitgeberschaltung 28 automatisch auf einen hohen Pegel nach Ablauf' der vorbestimmten Zeitspanne t nach dsm Rücksetzen kommt, wie es anhand der Wellenform 28a in. Fig. 3 erkennbar ist, beginnt die Iritegrationsschaltung 34 damit, das Ausgangssignal der Tastspeicher- . schaltung 30 relativ zum Ausgangssignal der Pegelschiebeschaltung 32 zu integrieren. Die Integrationsschaltung 34 läuft mit konstanter Geschwindigkeit nach unten, wie es anhand der Wellenform 34a in Fig. 3 erkennbar ist, da der Unterschied im Pegel zwischen den AusgangsSignalen der Tastspeicherschaltung 3 0 und der Pegelschiebeschaltung 32 konstant ist, wie es oben- angegeben wurde. Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 34 liegt als zweites Steuersignal am.Impulsgenerator 22, der ein Treiberimpulssignal dem Kraftstoffeinspritzventil 14 liefert, um dieses so zu steuern, dass die durch das Kraftstoff einspritzventil 14 hindurch eingespritzte Kraftstoff.menge abnimmt, um das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff-zu verarmen, während das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 34 nach unten läuft. Dieser Zustand dauert solange an, bis das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf den stöchiometrisehen Wert verarmt ist.

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Wenn das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf den stöchiometrischen Wert verarmt ist, kommt das Ausgangssignal des Zirkonsauerstoffsensors 18 ■auf einen niedrigen Pegel·und wird der obige Arbeitsvorgang wiederholt. - ·

Fig. 4 zeigt die Änderungen im Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem- Kraftstoff, die durch die Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses hervorgerufen werden. Der Zirkonsauerstoffsensor 18, dessen Ausgangssignal sich scharf um die stöchiometrischen Kraftstoff/ Luftverhältnisse herum ändert, dient als Begrenzer auf der armen Seite/ um festzustellen, dass das Verhältnis zwischen der- angesaugten Luft und. dem Kraftstoff auf den stöchiometrischen Wert verarmt ist. Die Steuervorrichtung steuert das Kraftstoffeinspritzventil 14 derart, dass die da hindurch eingespritzte Kraftstoffmenge zunimmt, um das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff für ein bestimmtes Zeitintervall anzureichern, nachdem das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf den stöchiometrischen Wert verarmt ist, und dass die eingespritzte Kraftstoffmenge abnimmt, um das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff zu verarmen, bis dieses Verhältnis auf den s€öchiometrischen Wert verarmt ist. Dieser Arbeitsvorgang wird wiederholt, so dass das mittlere Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf einem gewünschten Wert oder in einem gewünschten Bereich auf der reichen Seite des stöchiometrischen Wertes gehalten werden kann, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Anhand von Fig. 5 ist ersichtlich, dass eine mit einem Gemisch versorgte Maschine, dessen Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf der reichen Seite des stöchiometrischen Wertes liegt, eine hohe Ausgangsleistung liefert und ein Minimum an Stickstoffoxiden in seinen Verbrennungskammern

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erzeugt. Wenn weiterhin ein Abgasrezirkulationssystem in eine derartige Maschine eingebaut ist, um die Erzeugung von Stickstoffoxiden zu unterdrücken, ist es möglich, eine grosse Menge an Abgas zu rezirkulieren, so- dass die Erzeugung von Stickstoffoxiden merklich herabgesetzt wird, ohne den Lauf der Maschine zu beeinträchtigen.

Wenn im folgenden, angenommen wird, dass die Pegelschiebeschaltung 32 so ausgebildet ist, dass sie das Ausgangssignal der Tastspeicherschaltung 30 um einen konstanten Pegel nach unten verschiebt, so kann die Arbeitsweise des dargestellten ■ Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses anhand der Wellenformen von Fig. 6 beschrieben werden. - ; - -

Wenn.sich das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff in Richtung auf die reiche Seite des stöchiometri-. sehen Wertes verschiebt und am -stöchiometrischen Wert an- . .' ■ kommt, kommt das Aüsgangssignal des Zirkonsauerstoffsensors 18 auf einen hohen?.Pegel, wie es anhand, der Wellenformen 18a in Fig. 6 ersichtlich ist, damit die Trigger-Schaltung 2 6 einen Auslöseimpuls erzeugt, wie es anhand der Wellenform 26a in Fig. 6 erkennbar ist. Das hat zur Folge, dass die Tastspeicherschaltung 30 das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 34 abtastet.' Wenn das Ausgangssignal der Trigger-Schaltung 26 auf einen niedrigen Pegel kommt, wird gleichzeitig die Zeitgeberschaltung 28 auf ihren niedrigen Pegel rückgesetzt. Das Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung 28 wird für ein bestimmtes Zeitintervall t von beispielsweise einigen Sekunden auf dem niedrigen Pegel gehalten, wie es anhand der Wellenform 28a. in Fig. 6 erkennbar ist, um die Integrationsschältung 34 während des Zeitintervalls t rückgesetzt zu halten. Das hat zur Folge, dass das Ausgangs- ~_ signal der Integrationsschaltung 34 gleich dem Ausgangssignal

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der Pegelschiebeschaltung 32 gehalten wird, wie es durch die Wellenform 32a in Fig. 6 dargestellt ist. Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 34 liegt als erstes Steuersignal am Impulsgenerator 22, der ein Treiberimpulssignal dem Kraftstoffeinspritzventil 14 liefert, um dieses so zu steuern, dass die durch das Kraftstoffeinspritzventil 14 hindurch eingespritzte. Kraftstoffmenge abnimmt, um das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff zu verarmen. Diese Verhältnisse bleiben über das Zeitintervall t bestehen, das in der Zeitgeberschaltung 28 vorgegeben ist.

Wenn das Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung 28 automatisch nach Ablauf des Zeitintervalls t nach dem Rücksetzen der Zeitgeberschaltung 28 auf den hohen Pegel kommt, wie es durch die Wellenform 28a in Fig. 6 dargestellt ist, beginnt die Integrationsschaltung 34 damit, das Ausgangssignal der " Tastspeicherschaltung 30 relativ zum Ausgangssignai der ·. Pegelschiebeschältung 32 zu integrieren. Die Integrationsschaltung 34 läuft mit einer konstanten Geschwindigkeit nach oben, da der Unterschied im Pegel zwischen den Ausgangssignalen ..der Tastspeicherschaltung 30 und der Pegelschiebeschaltung 32 konstant ist, wie es oben angegeben wurde. Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 34 liegt als zweites Steuersignal am Impulsgenerator 22, der ein Treiberimpulssignal dem Kraftstoffeinspritzventxl 14 liefert, um dieses so zu steuern, dass die durch das Kraftstoffeinspritzventxl 14 hindurch eingespritze Kraftstoffmenge zunimmt, damit das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff angereichert wird, während das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 34 nach oben läuft. Diese Verhältnisse bleiben besteht> bis das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf den stöchiometrischen Wert angereichert ist.

Wenn das Verhältnis zwischen der'angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf den stöchiometrischen Wert angereichert ist,

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kommt das Ausgangssignal des Zirkonsauerstoffsensor 18 auf einen hohen Pegel und wird der obige Arbeitsvorgang wiederholt. ·

Fig. 7 zeigt die Änderungen im Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff, die durch die Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses bewirkt werden. Der Zirkonsauerstoffsensor -18, dessen Ausgangssignal sich scharf um die stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnisse herum ändert, dient als Begrenzer auf der reichen Seite, um wahrzunehmen, dass das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf den stöchiometrischen Wert angereichert ist. Die Steuervorrichtung steuert das Kraftstoffeinspritzventil 14 derart, dass die durch das Ventil hindurch eingespritzte Kraftstoffmenge abnimmt, um das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff für ein bestimmtes Zeitintervall zu verarmen, nachdem dieses Verhältnis auf den stöchiometrischen Wert angereichert ist, und dass die eingespritzte Kraftstoffmerige zunimmt, um das Verhältnis zwischen der angesaugten .Luft und dem Kraftstoff anzureichern, bis dieses Verhältnis auf den stöchiometrischen Wert angereichert ist. Dieser Arbeitsvorgang wird wiederholt, so dass .das mittlere Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf einem·.¹· gewünschten Wert oder in einem gewünschten. Bereich auf der armen Seite des stöchiometrischen Wertes gehalten werden kann, wie es in Fig. 8 dargestellt ist.

Anhand von Fig. 8 ist ersichtlich, dass eine Maschine, die mit einem Gemisch versorgt wird, dessen Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf der armen Seite des stöchiometrischen Wertes liegt, einen sehr wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch hat. In den letzten Jahren sind viele Verbesserungen an Kraftstoffeinspritzanlagen, Ansauganlagen, Kolben- und Verbrennungskammern vorgenommen worden, um eine Brennkraftmaschine zu liefern, die mit einem sehr armen . Kraftstoff/Luftgemisch betrieben werden kann.

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Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses vorgeschlagen, die einen herkömmlichen Abgassensor, dessen Ausgangssignal sich scharf um die stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnisse herum ändert, als Begrenzer auf der reichen oder armen Seite verwendet und das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft" und dem Kraftstoff auf die arme oder reiche Seite des stöchiometrischen Wertes zurückführt, wenn dieses Verhältnis auf den stöchiometrischen Wert angereichert oder verarmt ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zürn Steuern des Kraftstoff/ Luftverhältnisses liefert die folgenden Vorteile: Sie kann zunächst das mittlere Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf einen gewünschten Wert oder in einem gewünschten Bereich auf der reichen oder armen Seite des stöchiometrischen Wertes steuern, was bisher als nicht möglich angesehen wurde. Sie kann weiterhin für eine automatische Selbstregelung für die durch die KraftstoffVersorgung zugeführte Kraftstoffmenge in einem gewünschten Bereich sorgen.· Es ist daher nicht mehr notwendig, eine sehr genaue KraftstoffVersorgung vorzusehen, um das· Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf einem Wert zu halten, so dass die Herstellungskosten des Kraftstoffversorgungssystems abnehmen. Schliesslich wird das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff entsprechend der Konzentration eines Bestandteiles der Abgase gemessen, so dass keine Notwendigkeit besteht, eine Einrichtung vorzusehen, die Änderungen in der Kraftstoffströmung kompensiert, die Änderungen in der Temperatur oder dem Druck zuzuschreiben sind. Das elektronische Steuersystem ist somit relativ einfach.

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Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

OPL-INS

H. KINKELDEY

DH-INS

W. STOCKMAIR

DR-ING AaE ICALTEOi

K. SCHUMANN

Dft RER PJAT CWL-PHYS

P. H. JAKOB

OtPL-ING

G. BEZOLD

DFl RER NAT CWL-CHpM

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 14 902

3- April 1980

NISSM MOTOR COMPIlTY, LIMITED

2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Eanagavia-ken,

Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses für eine Brennkraftmaschine

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch
a) einen Sensor (18), der im Abgaskanal (16) der Maschine vorgesehen ist und die Ankunft des Kraftstoff/Luftverhältnisses eines der Maschine (10) gelieferten Gemisches am stöchiometrischen Wert auf die Konzentration eines Bestandteiles des darüber strömenden Abgases ansprechend wahrnimmt,

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TELEFON (OaO) S3 28 BQ TKLEX OS-SS 3BO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

b) eine Kraftstoffversorgungseinrichtung {14, 22) zum Zuführen einer gesteuerten Kraftstoffmenge in das Ansaugsystem der Maschine (10), und

c) eine Steuereinrichtung (24), die dem Sensor (18) zugeordnet ist und ein erstes und ein zweites Steuersignal der Kraft-r stoffversorgungseinrichtung (14, 22) liefert, um die da'hindurch zugeführte Kraftstoffmenge zu steuern, wobei das erste Steuersignal für ein bestimmtes Zeitintervall nach der Ankunft des Verhältnisses zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff am stöchiometrischen Wert auftritt, damit sich das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem·· Kraftstoff vom stöchiometrischen Wert weg bewegt, und wobei das zweite Steuersignal mit Ablauf des vorbestimmten Zeitintervalles auftritt, damit sich das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf den stöchiometrischen Wert zu bewegt, wodurch das mittlere Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf einer Seite des stöchiometrischen Wertes gesteuert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet , dass das erste Steuersignal bewirkt, dass das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff reicher wird,und dass das zweite Steuersignal bewirkt, dass das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff ärmer wird, wodurch das mittlere Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf der reichen Seite des stöchiometrischen Wertes gesteuert -wird. * "
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinrichtung (24) eine Schmitt-Trigger-Schaltung" (26), die einen Auslöseimpuls immer dann liefert, wenn der Sensor (18) die Ankunft des Verhältnisses zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff am stöchiometrischen Wert wahrnimmt, eine Zeitgeberschaltung (28), die auf einen Auslöseimpuls"anspricht und ein Ausgangssignal mit hohem

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Pegel liefert, das für ein bestimmtes Zeitintervall beibehalten wird, eine Integrationsschaltung (34), eine Tastspeicherschaltung (30) zum Abtasten des Ausgangssignals der Integrationsschaltung, wenn es mit einem Auslöseimpuls von der Trigger-Schaltung (26) anliegtyund zum Halten des Ausgangssignais der .Integrationsschaltung (34), wenn kein Auslöseimpuls anliegt, und eine Pegelschiebeschaltung (32) aufweist, um das Ausgangssignal der Tastspeicherschaltung (30) um einen konstanten Pegel nach oben zu schieben, wobei die Integrationsschaltung (34) auf ein Eingangssignal mit hohem Pegel von der Zeitgeberschaltung (28) anspricht, um das Ausgangssignal der Tastspeicherschaltung (.30) relativ zum Ausgangssignal der Pegelschiebeschaltung (32) zu integrieren und dadurch das zweite Steuersignal zu liefern,und auf ein Eingangssignal mit niedrigem Pegel anspricht, um das Ausgangssignal der Pegelschiebeschaltung (32) durchzulassen, um das erste Steuersignal zu liefern.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das erste Steuersignal bewirkt, dass das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff ärmer wird, und dass das zweite Steuersignal bewirkt, dass das Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff reicher wird, wodurch das mittlere Verhältnis zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff auf der armen Seite des stöchiometrischen Wertes gesteuert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (24) eine Schmitt-Trigger-Schaltung (26), die einen Auslöseimpuls immer dann liefert, wenn der Sensor (18) die Ankunft des Verhältnisses zwischen der angesaugten Luft und dem Kraftstoff am stöchiometrischen Wert wahrnimmt, eine Zeitgeberschaltung (28), die auf einen Auslöseimpuls anspricht und ein Ausgangssignal'mit hohem Pegel liefert, das für ein bestimmtes Zeitintervall beibehalten wird, eine Integrationsschaltung (34), eine Tastspeicherschaltung

(30) zum Abtasten des Ausgangssignals der Integrationsschaltung,

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wenn dieses mit einem Auslöseimpuls von der Trigger-Schaltung (26) anliegt,und zum.Halten des Ausgangssignals der Integrationsschaltung (34), wenn kein Auslöseimpuls anliegt, und eine Pegelschiebeschaltung (32) aufweist, die das Ausgangs-· signal der Tastspeicherschaltung (30) um einen konstanten Pegel nach unten verschiebt, wobei die Integrationsschaltung (34) auf ein Eingangssignal mit hohem Pegel von der Zeitgeberschaltung (28) anspricht , um das Ausgangssignal der Tastspeicherschaltung. (30) relativ zum Ausgangssignal der Pegelschiebeschaltung (32) zu integrieren und dadurch das zweite Steuersignal zu liefern,und auf ein Eingangssignal mit niedrigem Pegel anspricht, um das Ausgangssignal der Pegelschiebeschaltung- (32) durchzulassen und dadurch-das erste Steuersignal zu liefern..
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Sensor (18) in Form eines Zirkonsauerstoffsensors ausgebildet ist, der auf die Konzentration des Restsauerstoffes in den darüber strömenden Abgasen anspricht und dessen Ausgangssignal sich zwischen zwei definierten Pegeln um die stöchioiaetrischen Kraftstoff/ Luftverhältnisse herum ändert.

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