DE3108577A1

DE3108577A1 - Steuersystem fuer das kraftstoff-luftverhaeltnis einer verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3108577A1
Application number: DE19813108577
Authority: DE
Inventors: Masaaki Tokyo Ohgami
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-03-07
Filing date: 1981-03-06
Publication date: 1982-01-28
Also published as: US4402293A; GB2071361B; FR2477638A1; GB2071361A; JPS6360216B2; JPS56126647A; FR2477638B1; DE3108577C2

Description

REINLANDER :& BERNHARDT

PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

München 3108577

• 4-

Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha 7-2 N1sh1sh1njuku 1-chome Shinjuku-ku, Tokyo, Japan

Nissan Motor Co., Ltd.

2 Takaracho, Kanagawa-ku

Yokohama-sh1, Kanagawa-Pref., Japan

Steuersystem für das Kraftstoff-Luftverhältnis einer Verbrennungskraftmaschine

Priorität: 7. März 1980 -Japan- Nr. 55-29330

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. 3·

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für das Kraftstoff-Luftverhältnie eines Emissionssteuereystems einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Dreiwegekatalysator und bezieht sich insbesondere auf ein System zum Steuern des Kraftstoff-Luftverhältnisses auf einen Wert, der dem stöchiometrisehen Kraftstoff-Luftverhältnis angenähert ist, um den Dreiwegekatalysator wirksam zu betreiben.

Bei einem solchen System handelt es sich um ein Rückkopplungssteuersystem, bei dem ein Sauerstoffmeßfühler vorgesehen ist, der den Sauerstoffgehalt der Abgase wahrnimmt und ein elektrisches Signal als Anzeige des Kraftstoff-Luftverhältnisses des von einem Vergaser gelieferten Kraftstoff-Luftgemisches erzeugt. Zu dem Steuersystem gehört eine Vergleichsschaltung, die das Ausgangssignal des Sauerstoffmeßfühlers mit einem vorherbestimmten Wert vergleicht, eine Proportionalitats- und Integrationsschaltung, die mit der Vergleichsschaltung verbunden ist, eine Antriebsschaltung, die anhand des Ausgangssignals der Proportionalitäts- und Integrationssohaltung Rechteckwellenimpulse erzeugt, und ein elektromagnetisches EIN-AUS-Ventil zur Korrektur des Kraftstoff-LuftVerhältnisses des Gemisches. Das Steuersystem beurteilt, ob das Rückkopplungssignal des Sauerstoffmeßfühlers höher oder niedriger ist als ein vorherbestimmter, dem stöchiometrisehen Kraftstoff-Luftverhältnis entsprechender Bezugswert, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches das elektromagnetische EIN-AUS-Ventil betätigt, damit auf diese Weise das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches gesteuert werden kann.

Ein solches Rückkopplungssteuersystem spricht von Natur aus langsam an, da sich eine Verzögerung aus der Peststellzeit des Sauerstoffmeßfühlers ergibt. Im einzelnen wird das vom elektromagnetischen EIN-AUS-Ventil korrigierte Gemisch in den Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingeführt, wobei es durch den Einlaßkanal strömt, und dann verbrannt wird, um an-

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schließend an das Abgasrohr abgegeben zu werden. In dem Zeitpunkt, in dem der Sauerstoffmeßfühler den Sauerstoffgehalt der Abgase auf der Basis des korrigierten Gemisches feststellt, hat der korrigierende Eingriff mit Hilfe des elektromagnetischen EIN-AUS-Ventils den gewünschten Punkt bereite überachmmgen. Infolgedessen wird dem Motor ein fettes oder mageres Gemisch aufgrund dieser Überschwingung zugeführt, und die Abweichung wird dann vom Sauerstoffmeßfühler festgestellt. Damit wird ein korrigierender Eingriff in der entgegengesetzten Richtung ausgelöst. Nach diesen Ausschlägen der Steuerbetätigung läuft die Schwankung des Kraftstoff-Luftverhältnisses des Gemisches allmählich zum stöchiometrisohen Verhältnis zusammen. Die Ab» weichung des Kraftetoff-Luftverhältnisses des Gemisches vom stöohiometrischen Verhältnis wird also mit gewisser Verzögerung auf das stöchiometrisohe Verhältnis korrigiert.

Wenn die Schaltkreiskonstante (Verstärkung) der Proportionalitäts- und Integrationssohaltung herabgesetzt wird, kann das Überschießen bei eingeschwungenem Zustand des Motorbetriebs verringert werden. Allerdings erfolgt die Steuerung nicht ausreichend im Übergangszustand, wie bei Beschleunigung oder Verlangsamung.

Die Figuren 3A bis 3C zeigen Ausgangswellenformen der Proportional itäts- und Integrationsschaltung, die jeweils im übergangszustand um "S" verschoben sind, und Fig. 4A bis kC zeigen Ausgangswellenformen des Sauerstoffmeßfühlers entsprechend Fig. 3A bis 3C In Fig. 3A 1st die Wellenform eines herkömmlichen Steuersystems gezeigt, Fig. 3B zeigt die Wellenform eines Systems, bei dem die Konstante der Proportionalitäts- und Integrationsschaltung reduziert ist. Die Ansprechzeit T_ß gemäß Fig. 3B let länger als die Ansprechzeit T^ in Fig. 3A. Beim System gemäß Fig. 3C ist nur die Konstante der Integrationsschaltung erhöht. Die Ansprechzeit T_c ist geringer als die Ansprechzeit T».

Wird die Konstante der Schaltung reduziert, so erhöht sich die

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'Ο'

Ansprechzeit, wie Pig. 3B zeigt. Die Steuerung wird also verzögert. Wenn andererseits die Konstante der Schaltung erhöht wird, kann das die Ansprechzeit verringern, wie Pig. JC zeigt. Allerdings besteht dann die Gefahr eines Überschwingens der Steuerbetätigung.

In der deutschen Patentanmeldung P 30 29 312.0 ist ein System offenbart, mit dem die Steuerungeverzögerung beim herkömmlichen System verbessert werden soll. Dabei wird die Schwingungsmitte eines vom Sauerstoffmeßfühler wahrgenommenen Zitterwellensignals entsprechend der Abweichung des Ausgangssignals des Säuerst off meßf UhI er s versohoben, um das Kraftstoff-Luftverhältnis zu korrigieren. Wird jedoch der Motor rasch beschleunigt oder verlangsamt, so verzögert sich selbst bei diesem System der Korrektur be trieb.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem zu schaffen, welches bei eingeschwungenem Zustand des Motorbetriebs anhand des Zittersignals und bei Übergangszuständen des Motorbetriebs anhand des Ausganges einer eine hohe Konstante aufweisenden Proportionalitäts- und Integrationsschaltung arbeitet.

Gemäß der Erfindung wird ein Steuersystem für das Kraftstoff-Luftverhältnis einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal, einem Abgasrohr, einer Kraftstoffluftgemlsch-Zuführeinrichtung, einem elektromagnetischen EIN-AUS-Ventil zur Korrektur des Kraftstoff-Luftverhältnisees des von der Kraftstoffluftgemisoh-Zufuhreinrlchtung zugeführten Kraftstoffluftgemisches, einer ein Zittersignal erzeugenden Schaltung, die periodisch ein Zittersignal mit einem Muster erzeugt, einer Verechiebesteuersohaltung zum Verschieben des Niveaus der Mitte des Zittereignais, einer Antriebssohaltung zum Erzeugen eines Antriebsausgangs für das elektromagnetische EIN-AUS-Ventil, und einem 0₂-Meßfühler geschaffen, der die Sauerstoffkonzentration der durch das Abgasrohr strömenden Abgase feststellt. Zu diesem Steuersystem gehört eine Einrichtung, die den Übergangszustand des Motorbetriebs anhand der Wellenform des Zittersignals,

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wahrgenommen vom Og-Meßfühler, feststellt, eine Steuerschaltung mit einer Integrationsschaltung, die an den Og-Meßfühler angeschlossen ist, und eine Schaltung, die Rechteckwellenimpulse entsprechend dem Integrationsausgang der Integrationsschaltung erzeugt, um das elektromagnetische Ventil anzutreiben, sowie eine Umschalteinriohtung, die die Schaltung vom Og-Meßfühler zur Antriebssohaltung über die Steuerschaltung schließt und den Schaltkreis vom Og-Meßfühler zur Antriebssohaltung über die Verschiebesteuerschaltung anhand des Ausgangssignals der den Übergangszustand feststellenden Einrichtung unterbricht.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Systems}

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer elektronischen Steuerschaltung des Systems!

Fig. 3A bis 3D Ausgangswellenformen einer Proportionalitäts- und Integrationsschaltung in elektronischen Steuerschal tungenj

Fig. hk bis ^D Ausgangswellenformen, die vom 0₂-Meßfühler wahrgenommen werden;

Fig. 5 ein Beispiel der elektronischen Steuerschaltung.

Wie Fig. 1 zeigt, steht ein Vergaser 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2 in Verbindung. Zum Vergaser 1 gehört eine Schwimmerkammer 3* eine in einem Ansaugkanal gebildete Verengung k, eine mit der Schwimmerkammer 3 über eine Hauptkraftstoff -leitung 6 in Verbindung stehende Düse 5» sowie eine in der Nähe einer Drosselklappe 9 im Ansaugkanal vorgesehene Nebenöffnung 10, die mit der Schwimmerkammer 3 durch eine Nebenkraftstoffleitung 11 in Verbindung steht. Parallel zu einer Hauptentlüftung 7 und einer Nebenentlüftung 12 sind Luftkorrekturleitungen 8 bzw· 13 vorgesehen, denen elektromagnetische EIN-AUS-Ventile 14 bzw. 15 zugeordnet sind. Die Einlaßöffnungen der

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beiden elektromagnetischen EIN-AUS-Ventile 14, 15 sind über einen Luftfilter oder Luftreiniger 16 mit der Umgebung verbunden. In einem mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Abgasrohr 17 ist ein Og-Meßfühler 19 angeordnet, der den Sauerstoffgehalt der Abgase wahrnimmt. Hinter dem Og-Meßfühler ist im Abgasrohr 1? ein katalytischer Dreiwege-Konverter 18 angeordnet. Das Ausgangssignal des C^-Meßfühlers 19 liegt an einer elektronischen Steuerschaltung 20 eines elektronischen Steuersystems an. Die elektronische Steuerschaltung 20 bewirkt eine Korrektur des Kraftstoff-Luftverhältnisses des vom Vergaser 1 gelieferten Kraftstoffluftgemisches.

Fig. 2 1st ein Blockschaltbild der elektronischen Steuerschaltung 20.

Der Auegang des Sauerstoffmeßfühlers 19 ist an eine den Betriebszustand feststellende Detektorschaltung 21 und an einen Umschaltkreis 22 angeschlossen.

Eine Steuerschaltung 2k weist eine Proportionalitats- und Integrationsschaltung mit großer Schaltungskonstante und eine mit der. Proportionalitäte- und Integrationsschaltung verbundene . Schaltung zum Erzeugen von Rechteokwelleniropulsen auf. Die Steuerschaltung 2k ist so ausgelegt, daß sich die Impulsbreite der erzeugten Reohteckwellenimpulse in Abhängigkeit vom Ausgang der Proportionalitats- und Integrationsschaltung ändert. Der Ausgang einer ein Zittersignal erzeugenden Schaltung 25 ist an eine Verschiebesteuerschaltung 23 angeschlossen. Die Schaltung

25 erzeugt eine Impulsreihe, die ein konstantes Zitterwellenmuster aufweist. Der Ausgang der Steuerschaltung 2k und der Verschiebesteuerschaltung 23 liegt über eine Antriebsschaltung

26 an den elektromagnetischen Ventilen l*l· und 15 an. Das Tastverhältnis der Antriebsimpulse der Antriebsschaltung 26 schwankt in Abhängigkeit vom Niveau des Ausgangssignale der Steuerschaltung 2k oder vom Niveau des Zittersignale, welches die Schaltung 25 liefert, um auf diese Weise das Kraftstoff-Luftverhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches auf den stöchiometri-

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• f.

sehen Wert zu korrigieren.

Gemäß Fig. kO schwankt der Ausgang des Og-Meßfühlers periodisch bei elngesohwungenem Zustand des Motorbetriebe, wenn die elektromagnetischen Ventile Ik und 15 vom Zittersignal betätigt werden. Im Übergangszustand jedoch schwankt der Ausgang nicht wie gezeigt. Die Detektorschaltung 21 stellt die Ausgangswellenform des Og-Meßfühlers 19 beim Übergangszustand fest, wenn sie eine große Breite hat, wie Fig. kO zeigt, wodurch eine Unterscheidung zwischen dem Übergangszustand und dem eingeschwungenen Zustand ermöglicht ist. Die Feststellung kann z.B. so durchgeführt werden, daß die Breite der Ausgangswellenform wahrgenommen wird. Das Ausgangssignal der Detektorschaltung 21 bewirkt dann, daß der Umschaltkreis 22 die Verbindung zwischen dem Og-Meßfühler 19 und den Schaltungen 2k bzw. 23 ändert. Bei eingeschwungenem Zustand ist der 02-Meßfühler 19 über den Umsohaltkreis 22 an die Verschiebesteuerschaltung 23 angeschlossen, während er beim Übergangszustand gleichfalls über den Umsohaltkreis 22 mit der Steuerschaltung 2k verbunden ist.

Bei elngeschwungenem Zustand liegt der Ausgang des O^-Meßfühlers an der Verschiebesteuerschaltung 23 an. Wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas von einem dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis entsprechenden, vorherbestimmten Wert abweicht, wird die Wellenform des Ausgangs des Og-Meßfühlers verformt. Fig. kO zeigt die Aus.gangswellenform, wobei die linke Seite der verformten Welle entspricht, die bedeutet, daß der Ausgang des Og-Meßfühlers zur mageren Seite abweicht. Die Verschiebesteuerschaltung 23 stellt diese Verformung der Ausgangswellenform fest, um die Abweichung zu bestimmen und verschiebt das von der Schaltung 25 gelieferte Zittersignal In Abhängigkeit von der Abweichung des wahrgenommenen Signals· Das verschobene Zittersignal wird über die Antriebsschaltung 26 an die elektromagnetischen Ventile Ik und 15 angelegt, so daß das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches auf das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis reguliert werden kann.

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Wenn von der Detektorschaltung 21 ein Übergangszustand wahrgenommen wird, liegt das Ausgangseignal des O₂-Meßfühlers 19 über den Umschaltkreis 22 an der Steuerschaltung 24 an. Die eine große Konstante aufweisende Steuerschaltung 24 erzeugt ein Integrationssteuersignal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des (^-Meßfühlers, so daß eine große Abweichung des Ausgangssignals bei einem Übergangszustand rasch korrigiert werden kann. Das Integrationssteuersignal ist in Fig. 3D durch die Welle während der Zeitspanne T^ gezeigt. Das Integrationssteuersignal wird zu einem Rechteokwellenimpuls geändert und den elektromagnetischen Ventilen 14 und 15 über die Antriebsschaltung 26 zugeleitet. Folglich kann die Abweichung des Kraftstoff-Luftverhältnisses rascher auf das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis korrigiert werden als mit den bekannten Steuerungen gemäß Pig. 3A, 3B und 3C

Die Figuren 3A bis 3D und Fig. 4A bis 4D zeigen die Steuerung eines mageren Kraftstoff-Luftverhältnisses auf das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis; aber auch von der fetten Seite her kann die Steuerung ähnlich durchgeführt werden.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel der elektronischen Steuerschaltung, in der die den Bauelementen gemäß Fig. 2 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Der Umschaltkreis 22 liegt anders als beim Schaltkreis gemäß Fig. 2 zwischen den Schaltungen 23 und 24 und der Antriebeschaltung 26.

Anhand der Beschreibung wird klar, daß die Erfindung ein Steuersystem schafft, mit dem das Kraftstoff-Luftverhältnis im eingeschwungenen Zustand durch das Zittersignal und im Übergangszustand durch das Integrationssteuersignal gesteuert wird, so daß das Kraftstoff-Luftverhältnis rasch auf das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis einstellbar ist.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1./ Steuersystem für das Kraftstoff-Luftverhältnis einer ^■Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal, einem Abgasrohr, einer Kraftstoffluftgemisch-Zufuhreinrichtung, einem elektromagnetischen EIN-AUS-Ventil zur Korrektur des Kraftstoff-Luftverhältnisses dee von der Kraftstoffluftgemisch-Zufuhreinrichtung zugeführten Kraftstoffluftgemisches, einer ein periodisches Zittersignal mit einem Muster erzeugenden Schaltung, einer Verschiebeβteuerschaltung zum Verschieben des Niveaus der Mitte des Zittersignals in Abhängigkeit von der durch einen Og-Meßfühler festgestellten Sauerstoffkonzentration, einer Antriebssohaltung zum Erzeugen eines Antriebsausgangs für das elektromagnetische EIN-AUS-Ventil, einem O₂-Meßfühler zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration in den durch das Abgasrohr strömenden Abgasen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die den Übergangszustand des Motorbetriebs anhand der vom Og-Meßfühler wahrgenommenen Wellenform des Zittersignale feststellt, eine Steuerschaltung mit einer Integrationssohaltung, die trennbar mit dem Og-Meßfühler verbunden ist, und einer Schaltung, die entsprechend dem Integrationsausgang der Integrationssohaltung zum Antrieb des elektromagnetischen Ventils Rechteckwellenimpulse erzeugt, und durch eine Schalteinrichtung, die einen Schaltkreis vom 0₂-Meßfühler zur Antriebsschaltung über die Steuerschaltung schließt und einen Schaltkreis vom Og-Meßfühler zur Steuerschaltung über die Versohiebesteuersohaltung unterbricht, anhand.eines den-Übergangszustand zeigenden Ausgangssignals der Einrichtung zum Peststellen des Übergangszustands,

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung eine große Konstante hat.

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