DE3140656A1

DE3140656A1 - Anordnung zum regeln des luftbrennstoffverhaeltnisses eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3140656A1
Application number: DE19813140656
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Tokyo Nakamura; Masaaki Musashino Tokyo Ohgami
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1980-10-13
Filing date: 1981-10-13
Publication date: 1982-05-27
Also published as: JPS5786549A; GB2085618B; GB2085618A; FR2492000A1; US4498441A; FR2492000B1

Description

-3- 3U-Q656

Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoff-verhältnisses eines Verbrennungsmotors

Priorität: 13. Oktober 1980 Japan 55-14-2817

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses eines Emissionsregelsystems eines Verbrennungsmotors mit einem Dreiwegkatalysator und insbesondere eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses für ein wirksames Arbeiten des Dreiwegkatalysators„

Bei einer solchen Rückkopplungsregelanordnung' ist ein Og-Fühler vorgesehen, um den Sauerstoffgehalt der Auspuffgase abzutasten und ein elektrisches Signal als Anzeige des Luftbrennstoffverhältmisses eines Luftbrennstoffgemisches, das dem Vergaser zugeführt wird, zu erzeugen. Die Regelanordnung hat einen Komparator zum Vergleichen des Ausgangssignals des O2-Pühlers mit einem vorbestimmten Wert, einen Proportional- und Integrationskreis, der mit dem Komparator verbunden ist_f einen Antriebskreis zum Erzeugen von Rechteckwellenimpulsen aus dem Ausgangssignal des Proportional- und Integrationskreises und ein Auf-Zta-Elektromagnetventil zum Korrigieren des Luftbrennstoffverhältnisses des Gemisches. Die Regelanordnung arbeitet in der Weise, daß sie beurteilt, ob das Rückkopplungssignal von dem O^-Fühler höher oder niedriger als der vorbestimmte Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luftbrennstoffverhältnis ist, um ein Fehlersignal zum Betätigen des Auf-Zu-Elektromagmetventils zu erzeugen und dadurch das Luftbrennstoffverhältnis des Gemisches au regeln,=

Wenn bei einer solchen Regelanordnung der Motor sehr schnell beschleunigt wird, weicht die Sauerstoffkonzentration

_ ₄ _ 3H0656

der Auspuffgase stark von dem Normalwert entsprechend dem stöchiometrischen Luftbrennstoffverhältnis ab. Um die große Abweichung schnell auszugleichen, wird der Verlauf der Beschleunigung festgestellt und ein Verschiebesignal in Abhängigkeit von der festgestellten Beschleunigung wird dem Proportional- und Integrationskreis zugeführt, ohne auf das Signal von dem Oo-Fühler entsprechend _r, der großen Abweichung zu warten. Das Verschiebesignal bewirkt, daß das Fehlersignal stark verschoben wird, so daß das Luftbrennstoffverhältnis des Gemisches wesentlich verschoben werden kann, um die Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase auf den Uormalwert zu regeln. Wenn die Beschleunigung beendet ist, verschwindet das Verschiebesignal und die. Anordnung kehrt zum Betrieb der Rückkopplungsregelung zurück. Wenn sich jedoch der Regelvorgang zum Korrigieren der Abweichung der Konzentration der Auspuffgase verzögert, startet der Rückkopplungsvorgang vor der Korrektur der Abweichung. Die Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase wird deshalb bei dem Abweichungswert geregelt. Die Korrektur der Abweichung der Sauerstoffkonzentration wird folglich verzögert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zum Regeln des LuftbrennstoffVerhältnisses zu schaffen, die sehr schnell die Abweichung der Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase auf einen Hormalwert regeln kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1j. Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert, in der sind

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bekannten Regelschaltung, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Drosselfühlers, der bei der Anordnung der Erfindung verwendet wird,

3H0656

Fig. 4 eine graphische Darstellung von Änderungen von

Signalen an verschiedenen Stellen der Anordnung, Fig. 5 ein Blockschaltbild der Regelanordnung der

Erfindung,
Fig. 6 ein Schaltbild der Regelanordnung der Erfindung

und
Fig. 7 eine graphische Darstellung, von Signalen der Anordnung der Erfindung»

In Figo 1 bezeichnet 1 einen Vergaser, der stromaufwärts eines Hotors 2 angeordnet ist, wobei ein Kanal 8 für Korrekturluft mit einer Luftöffmrag 7 in Verbindung steht, die in einem Hauptbrennstoffkanal 6 zwischen einer Schwimmerkammer 3 und einer Düse 5 ineinem Venturirohr 4 vorgesehen ist» Ein weiterer Kanal 13 für Korrekturluft steht mit einer weiteren Luftöffnung in Verbindung, die in einem Leerlaufbrennstoffkanal 11 vorgesehen ist, der sich von dem Hauptbrennstoffkanal 6 unterscheidet und sich zu einer Leerlauföffnung 10 erstreckt, die sich in der Nähe des Drosselventils 9 öffnet. Die Korrekturluftkanäle 8 und 13 stehen jeweils mit Elektromagnetventilen 14 und 15 in Verbindung, deren Einlaßseiten mit der Atmosphäre über ©inen Luftreiniger in Verbindung stehen» Des weiteres ist ein katalytischer Dreiwegkonverter 18 in einem Auspuffrohr 17 stromabwärts des Motors angeordnet und ein (^-Fühler 19 ist zwischen dem Motor 2 und dem Konverter 18 angeordnet, um die Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase bzw. das Luftbrennst off verhältnis des ±n den Zylindern des Motors verbrannten Gemisches festzustellen» Ein Drosselfühler 20 ist vorgesehen, um den Betrieb des weit offenen Drosselventils über einen vorbestimmten öffnungswinkel festzustellen,=

Ein Rückkopplungsregelkreis 21 wird mit Ausgangssignalen von den Fühlern 19 und 20 gespeist und erzeugt ein Ausgangssignal, um die Elektromagnetventile 14 und 15 zu betätigen und in einem bestimmten Tastverhältnis

^Ί A O 6 5

entsprechend dem Ausgangssignal zu öffnen und zu schließen. Das Luftbrennstoffverhältnis wird mager gemacht, indem Korrekturluft dem Vergaser in einer großen Zuführungsmenge zugeführt wird, und das Luftbrennstoffverhältnis wird fett gemacht, indem die Korrekturluftzuführung verringert wird.

Gemäß Fig. 2 wird das Ausgangssignal des C^-Fühlers 19 einem PI(Proportional- und Integrations)-Regelkreis 23 über einen Beurteilungskreis 22 mit einem Komparator zugeführt. Das Ausgangssignal des PI-Regelkreises 23 wird an einen Komparator 24· angelegt. Ein Rechteckwellensignal von einem Rechteckwellenimpulsgenerator 25 wird an den Komparator 24- angelegt, um Rechteckwellenimpulse zu erzeugen. Ein Treiberkreis 26 wird mit den Rechteckwellenimpulsen von dem Komparator 24 gespeist, um die Elektromagnetventile 14 und 15 mit dem Tastverhältnis der Rechteckwellenimpulse anzutreiben. Das Feststellsignal des Drosselfühlers 20 wird an den PI-Regelkreis 23 über einen Verschiebekreis 27 angelegt.

Gemäß Pig. 3 ist bei dem Drosselfühler 20 eine Drosselwelle 29 drehbar in einem Ansaugrohr 28 gehalten, in dem das Drosselventil 9 befestigt ist. Die Drosselwelle hat eine äußere Verlängerung, auf der eine Drahttrommel mit einem Beschleunigungsdraht 32 und einer Nockenplatte 33 mit einem niedrigeren Teil 34- angebracht sind. Ein Mikroschalter 35 ist so angeordnet, daß ein Hebel durch den niedrigeren Teil 34- betätigt wird, wenn die Drossel 9 über einen vorbestimmten Winkel weit geöffnet wird.

Ein Ausgangssignal von dem O₂-Fühler 19 zum Bestimmen der Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen wird an den Beurteilungskreis 22 angelegt, in dem beurteilt wird, ob die Sauerstoffkonzentration fetter oder magerer als der Normalwert ist. Das Ausgangssignal des

3H0656

Beurteilungskreises xirird dem PI-Regelkreis 23 zugeführt, um ein Ruckkopplungssignal zu erzeugen,, Das Rückkopplungssignal wird in Rechteckwellenimpulse umgesetzt, die den Slektromagnetventilen 14 und 15 über den Treiberkreis 26 zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses für den Vergaser zugeführt werden., Das Ausgangssignal des PI-Rsgelkreises 23 und die Änderungen des Luftbrennstoff Verhältnisses sind in Figo 4 gezeigte

Wenn der Beschleuaigungsfußhebel stark niedergedrückt wird und das Drosselventil 9 weit geöffnet wird, wird der Mikroschalter 35 durch den niedrigeren Teil 34 der Hockenplatte 33 betätigt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen« Das Aus gangs signal xirird an den Verschiebekreis 27 angelegt, um ein Verschiebesignal zu erzeugen, das de® PI-Rege !kreis 23 zugeführt wird,, Das Rückkopplungssignal von dem PI-Regelkreis wird somit verschoben, wie es in Figo 4 gezeigt ist=, Wenn der Regelvorgang zum Korrigieren der Abweichung durch das verschobene Rückkopp lungs signal verzögert wird, xfird die Abweichung der Sauerstoffkonzentration nicht korrigiert und die Sauerstoffkonzentration wird durch den Rückkopplungs-Vorgang bei dem Abweiekangswert korrigierte Die Korrektur der AbwoicSsimg wird somit verzögerte Fig„ 4 zeigt eine solche Verzögerung_o Die Erfindung dient dazu, diesen Nachteil der bekannten Regelanordnung zu vermeidenο

Gemäß Fig_o 5 ist der Ausgang des Drosselfühlers 20 mit einem monostabilen Multivibrator 37 verbunden, dessen Ausgang mit dem PI-Regelkreis 23 über einen Haltekreis 38 verbunden istο

Gemäß Figo 6 ist der Ausgang des monostabilen Multivibrators 37 niit den Rege !verknüpf tangsgliedern der Schaltkreise 39 und 40 des Haltekreises 38 und auch mit der Basis eines Transistors Tr2 über einen Widerstand R16 verbundene, Der Kollektor des Transistors Tr2 ist

3H0656

mit dem Kegelverknüpfungsglied eines Schaltkreises 41 verbunden. Die Versorgungsspannung wird durch die Widerstände R18 und R19 geteilt und dem Eingang des PI-Regelkreises 23 über den Schaltkreis 39 und den Widerstand R17 zugeführt. Der PI-Regelkreis 23 enthält Operationsverstärker 0P2 und OP3, einen Kondensator C1 und Widerstände R4, R5, R6 und R7. Beide Anschlüsse des Kondensators C1 sind durch den Schaltkreis 40 und den Widerstand R20 verbunden. Der Ausgang des PI-Regelkreises 23 ist mit seinem Eingang über den Schaltkreis 41 und den Widerstand R5 verbunden.

Im Betrieb wird das Ausgangssignal des Op- Fühlers entsprechend dem Luftbrennstoffverhältnis des Gemisches einem Operationsverstärker 0P1 über einen Widerstand R1 zugeführt und mit einem Normalwert verglichen, der durch einen veränderbaren Widerstand R2 eingestellt wird. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 0P1 wird durch die Operationsverstärker 0P2 und 0P3 integriert und verstärkt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 0P3 wird mit Dreieckimpulsen von dem Dreieckwellenimpulserzeugungskreis 25 in einem Operationsverstärker 0P4 verglichen, so daß Rechteckwellenimpulse erzeugt werden. Die Rechteckwellenimpulse betätigen einen Transistor Tr1, um die Elektromagnetventile 14 und 15 zu betätigen.

Wenn eine durch einen Drosselöffnungswinkel oberhalb des vorbestimmten Winkels verursachte Verzögerung durch den Drosselfühler 20 festgestellt worden ist, steuert das Ausgangssignal des Fühlers 20 den monostabilen Multivibrator 37, um. ein Ausgangssignal hohen Pegels für eine bestimmte Zeitdauer zu erzeugen. Das Ausgangssignal hohen Pegels betätigt die Schaltkreise 39 und 40, um die Kreise zu schließen, und schaltet den Transistor Tr2 ab, um das Abschalten des Schaltkreises 41 zu bewirken. Der Operationsverstärker 0P2 versagt somit die Punktion als Integrator und der PI-Regelkreis 31

_₉_ 3H0656

wirkt nur als Verstärker,, Da eine durch die Widerstände R18 und RI9 geteilte Spannung dem Operationsverstärker OP2 über den Schaltkreis 39 zugeführt wird, tfird das Ausgangs signal des PI-Regelkreises 23 auf einer konstanten Spannung gehaltene Das Tastverhältnis der Rechteckimpulse, die von dem Operationsverstärker 0P4 erzeugt werden, wird somit auf einem vorbestimmten Wert, beispielsxireise 40 %, festgehaltene Das Tastverhältnis wird auf einen Wert ausgeifählt, der ausreichend ist, um die Abweichung der Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase zu korrigierenο

Wenn das Ausgangesignal des monostabilen Multivibrators auf einen niedrigen Pegel wechselt, werden die Schaltkreise 39 und 40 geöffnet und der Schaltkreis 41 wird geschlossene Der PX-Regelto?eis"23 arbeitet somit wieder als Integrator, wie oben beschrieben,= Figo 7 zeigt di© Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des' PI-Reg©lkreises und der Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase* Aus der graphischen Darstellung ergibt sich, daß die Änderung der Auspuffgaskonzentration schnell ausgeglichen werden kann_o

Leer sei te

Claims

Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha 7-2 Nishishinjuku-ku i-^ Shinjuku-ku, Tokyo, Japan Pat en tansprüche

1.) Anordnung sum Regeln des Luftbrennstoffverlialtnisses eines Verbrennungsmotors mit einem Ansaugkanal, mit einem Vergaser, mit einem Elektromagnetventil zum Korrigieren des Luftbrennstoffverhältnisses des dem Vergaser zugeführten Luftbrennstoffgemisches₉ mit einem Op-Pühler zum Peststellen der Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase und mit einem Rückkopplungsregelkreis, der auf das Ausgangssignal des O2-Fühlers anspricht, um ein Regelausgangssignal zum Treiben des Elektromagnetventils zum Korrigieren des LuftbrennstoffVerhältnisses zu erzeugen,
gekennzeichnet durch ^;

eine Feststelleinrichtung zum Feststellen des Betriebs des Motors zum Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn das Drosselventil des Motors weit geöffnet ist, .

eine Spannungsanlegeeinrichtung zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an einen Eingang des Rückkopplungskreises,

eine erste Schalteinrichtung, die auf das Ausgangssignal der Feststelleinrichtung anspricht, um den Ausgang der Spannungsanlegeeinrichtung mit dem Eingang des Rückkopplungsregelkreises au verbinden, und

eine zweite Schalteinrichtung, die auf das Ausgangssignal der Feststelleinrichtung anspricht_? um den Rückkopplungsregelkreis als Rückkopplungsregler unwirksam zu machen und als Verstärker für die Eingangsspannung von der Spannungsanlegeeinrichtung wirksam zu machen«

Ί 40656

2. Anordnung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungsregelkreis einen Proportional- und Integrationskreis enthält und daß die zweite Schalteinrichtung so ausgebildet ist, daß sie den Proportional- und Integrationskreis als Integrator unwirksam und als Verstärker wirksam macht.