DE3151111C2

DE3151111C2 - Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3151111C2
Application number: DE3151111A
Authority: DE
Inventors: Ryuji Tokio/Tokyo Kataoka; Takuro Mitaka Tokio/Tokyo Morozumi; Mitsuo Suginami Tokio/Tokyo Nakamura; Masaaki Musashino Tokio/Tokyo Ohgami
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1980-12-26
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1985-05-09
Also published as: FR2497282A1; FR2497282B1; JPS57137641A; DE3151111A1; US4465048A; GB2092334A

Abstract

Eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors enthält einen Ansaugkanal, einen Vergaser, ein Auf-Zu-Elektromagnetventil zum Korrigieren des Luftbrennstoffverhältnisses des dem Vergaser zugeführten Luftbrennstoffgemisches, einen O ↓2-Fühler zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration der Abgase und einen Rückkopplungsregelkreis, der auf das Ausgangssignal des O ↓2-Fühlers zum Erzeugen von Impulsen zum Aussteuern des Elektromagnetventils zum Korrigieren des Luftbrennstoffverhältnisses anspricht. Ein Motordrehzahlfeststellkreis erzeugt ein Ausgangssignal, das sich mit der Motordrehzahl ändert. Ein Frequenzumsetzkreis spricht auf das Ausgangssignal des Motordrehzahlfeststellkreises zum Umsetzen der Frequenz der Impulse an, wodurch verhindert wird, daß das Elektromagnetventil in Resonanz mit Schwingungen des Motors und mit der Pulsation der eingeführten Luft tritt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug. Die Anordnung regelt das Luftbrennstoffverhältnis des Luftbrennstoffgemisches auf einen dem stöchiometrischen Luftbrennstoffverhältnis angenäherten Wert, bei dem ein Dreiwegkatalysator am wirkungsvollsten arbeitet.

Bei einer bekannten Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses wird das Luftbrennstoffverhältnis des in den Zylindern des Motors verbrannten Luftbrennstoffgemisches als Sauerstoffkonzentration der Abgase mittels eines ChFühlers festgestellt, der in dem Auspuffkanal des Motors vorgesehen ist, wobei ein Komparator das Ausgangssignal des Ch-Fühlers mit einem Bezugswert vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, das angibt, ob das Signal größer oder kleiner als der Bezugswert entsprechend dem stöchiometrischen Luftbrennstoffverhältnis ist. Ein Elektromagnetventil wird in Abhängigkeit des Ausgangssignals zum Regulieren der Luft betätigt, die mit dem Gemisch gemischt werden soll, um das stöchiometrische Luftbrennstoffverhältnis zu schaffen.

Das Ausgangssignal des Komparators wird an einen Integrierkreis angelegt, der ein Ausgangssignal erzeugt, das in Obereinstimmung mit der Integration des Ausgangssignals ansteigt oder abfällt. Das Ausgangssignal des lniegrierkreises wird an einen Komparator angelegt, in dem das Ausgangssignal mit einem Dreieckimpulszug verglichen wird, der von einem DreicckLnpulsgenerator zugeführt wird, um Rechteckimpulse zu erzeugen. Das Tastverhältnis der Rechteckimpulse ändert sich in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Integrierkreises. Die Rechteckwellenimpulse werden einem Auf-Zu-Elektromagnetventil zugeführt Das Elektiomagnetventil wird somit mit Tastverhältnissen in Abhängigkeit von den zugeführten Rechteckimpulsen zum Regeln der dem Vergaser des Motors zuzuführenden Luft geöffnet und geschlossen, um ein Luftbrennstoffgemisch mit dem stöchiometrischen Luftbrennstoffverhältnis zu erzeugen.

Das Elektromagnetventil wird mit der Frequenz der Rechteckimpulse ausgesteuert, die der Frequenz der Dreieckimpulse entspricht. Es ist zum Verbessern der Resonanz der Anordnung zum Regeln des Luftbrenn-Stoffverhältnisses vorteilhaft, das Elektromagnetventil mit hoher Frequenz auszusteuern. Da jedoch die Hochfrequenzaussteuerunt; des Elcktromagneiventils eine kurze Lebensdauer des Ventils bewirkt, wird in der Praxis das Ventil mit einer relativ niedrigen konstanten Frequenz ausgesteuert.

Andererseits gibt es einen Betriebszustand, bei dem Schwingungen des Körpers des Elektromagnetventil^, die von seinem eigenen Betrieb herrühren, mit den Schwingungen zusammenfallen, die durch den Körper des Motors verursacht werden, und/oder mit der Schwingung, die durch die Pulsation in der angesaugten Luft verursacht wird, die in Resonanz des Elektromagnetventil auftritt. Wenn das Elektromagnetventil in Resonanz tritt, ändert sich das Luftbcnnsloffverhältnis stark, was eine Verringerung der Anlricbsfiihigkcit des Fahrzeugs bewirkt.

Bekannt ist auch ein Regelsystem zur Gemischregelung einer Brennkraftmaschine, bei dem die Frequenz der Impulse zum Aussteuern des Elektromagnetventils konstant und auf einen Wert eingestellt wird, der außerhalb der Frequenz des Ansaughubs liegt (DEi-OS 26 11 120). Da die Frequenz festliegt, muß sie auf einen Wert eingestellt werden, welcher der höchsten Motordrehzahl entspricht, um das Auftreten der Resonanz des Ventils zu verhindern. Bei der bekannten Anordnung arbeitet somit das Ventil mit einer sehr hohen Frequenz, w^s zu einem sehr schnellen Verschleiß führt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisscs zu schaffen, bei der das Elektromagnetventil bei einer Frequenz ausgesteuert wird, die sich mit der Molordrehzahl ändert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs I. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird somit verhindert, daß das das Luftbrcnnstoffvcrhälinis einstellende Elektromagnetventil mit den Schwingungen des Motors und mit der Pulsation der angesaugten Luft in b5 Resonanz tritt. Da die Frequenz der Impulse zum Aussteuern des Elektromagnetventil bei niedriger Motordrehzahl niedrig ist. wird das Elektromagnetventil weniger beansprucht und erreicht damit eine hohe Lebens

dauer.

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

P i g. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Regeln des Luflbrennstoffverhältnisses bei einer Ausffihrungsform der Erfindung,

F-'ig.2 ein Blockschaltbild der Regelanordnung der Ausführungsform der Fig. 1,

F i g. 3 ein elektrisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung und

[·' i g. 4 ein elektrisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet J einen Vergaser, der eine Schwimmerkammer 3, eine Hauptdüse 5 eines Venturirohrs 4 und einen Korrekturluftkanal 8 enthält, und der mit einer Luftöffnung 7 in Verbindung steht, die in einem Hauplbrennstoffkanal 6 zwischen der Schwimmerkammer 3 und der Düse 5 vorgesehen ist. Ein weiterer Korreklurluftkanal 13 steht mit einer weiteren Luftöffnung 12 in Verbindung, die in einen Lesrlaufgemischkanal 11 mündet, der aus dem Hauptbrennstoffkanal 6 mit Brennstoff versorgt wird und sich stromab der Drosselklappe 9 über eine Leeriaufmündung 10 in den Ansaugkanal erstreckt. Die Korrekturluftkanäle 8 und 13 stehen mit jeweiligen Eiektromagnetventilen 14 und 15 in Verbindung, deren Ansaugseiten mit der Atmosphäre über einen Luftreiniger 16 in Verbindung stehen. Ein katalytischer Konverter 18 mit einem Dreiwegkatalysator ist in einem Auspuffrohr 17 an der stromabwärtigen Seile des Motors vorgesehen und ein O2-Fühler 19 ist zwischen dem Motor 2 und dem Konverter 18 vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration der Abgase festzustellen.

Eine Regelschaltung 21 wird mit dem Ausgangssignal von dem Oj-Fühler 19 gespeist, um Elektromagnetventilc 14 und 15 zum Öffnen und Schließen bei einem bestimmten Tastverhältnis entsprechend dem Ausgangssignal des Oj-Fühlers 19 zu betätigen. Das Luftbrcnnsloffvcrhältnis wird durch Zuführen von Korrekiurlufi in den Brennstoff abgemagert und durch Verringern der Korrekturluftmenge angereichert.

Ein Motorzündimpulserzeugungskreis 22 ist mit einem Motordrchzahlfcststellkreis 20 verbunden, der arbeitet, um die Molordrehzahl in ein elektrisches Signal umzusetzen. Der Ausgang des Kreises 20 ist auch mit der Regelschaltung 21 verbunden.

Gemäß Fig. 2 wird das Ausgangssignal des C>2-Fühlers 19 einem Integrierkreis 24 über einen Komparator

23 zugeführt. Das Ausga.igssignal des Integrierkreises

24 wird einem Komparator 25 zugeführt. Ein Dreieckwellcnsigna! von einem Drcieckwellenimpulsgenerator 26 wird an den Komparator 25 angelegt, um Rechteckwelleniinpulse zu erzeugen. Ein Treiberkreis 27 wird mit den Rechtcckwellciiimpulsen von dem Komparator 25 gespeist, um die Elektromagnetventile 14 und 15 auszusteuern. Der Ausgang des Motordrehzahlfeststellkreises 20 ist mil einem Frequenzumsetzkreis 28 verbunden, der mit dem Dreieckimpulsgenerator 26 verbunden ist.

Im Betrieb wird das Ausgangssignal des Oi-Fühlers an den Komparator 23 angelegt, indem das Ausgangssignal des O:-Fühlers 19 mit einem Normalsignal verglichen wird, das durch einen variablen Widerstand R 2 so eingestellt wird, daß es dem stöchiometrischen Luftbrennstoffverhältnis zum Beurteilen des Luftbrennstoffverhiiltnisscs des Gemisches entspricht. Das Ausgangssignal des Komparator 7? wird an den Integrierkreis 24 angelegt, der ein proportionales und integriertes Ausgangssignal erzeugt. Das Ausgangssignal wird mit dem Dreieckwellenimpulszug von dem Dreieckimpulsgenerator 28 in dem Komparator 25 verglichen, um Recht eckwellenimpulse zu erzeugen, deren Tastverhältnis sich mit dem proportionalen und integrierten Ausgangssignal des Integrierkreises 24 ändert. Die Frequenz der Rechteckwellenimpulse wird durch die Frequenz des Dreieckimpulszugs bestimmt. Die Rechteckwellenimpulse werden zu den Elektromagnetventilen 14 und 15 über den Treiberkreis 27 gesandt. Die Elektromagnetventile 14 und 15 werden mit Tastverhältnissen der Rechteckimpulse ausgesteuert. Das Luftbrennstoffverhältnis des Gemisches wird somit auf das stöchiometrische Luftbrennstoffverhältnis geregelt

Der Impulserzeugungskreis 22 erzeugt andererseits Impulse, die sich proportional zur Motordrehzahl ändern. Die Impulse werden dem Motordrehzahlfeststellkreis 20 zugeführt, der einen monostabilen Multivibrator enthält, der ein Ausgangssignal proportional zur Motordrehzahl erzeugt. Der Motordrehzahlfeststellkreis 20 enthält ein A/OÄ-Verknüpfv^sglied NOR, eip.en Inverter ONVuna einen Kondensator· C3, die einen monostabilen Multivibrator bilden, und enthält des weiteren einen integrierkreis mit einem Widerstand R 15 und einem Kondensator C4. Der Kreis 20 erzeugt somit ein Aus£-ingssignal, dessen Spannung sich proportional zur Motordrehzahl ändert Das Ausgangssignal wird an eine Gateelektrode eines Feldeffekttransistors (FET) des Frequenzumsetzkreises 28 angelegt, so daß sich der zwischen der Drainzone und der Sourcezone fließende Strom mit der Ausgangsspannung ändert

In dem Dreieckimpulsgeneratorkreis 26 ist das Potential eines Kondensators Ci beim Start des Motors Null. Da das Ausgangssignal eines Operationsverstärkers OPS sich auf einem hohen Pegel befindet wird ein Analogschalter SW1 eingeschaltet und eine durch die Widerstände R 10 und R 13 bestimmte hohe Spannung wird dem positiven Eingang des Operationsverstärkers OP 5 zugeführt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP5 wird dem Kondensator C2 über einen Widerstand R 9 und den FET zugeführt. Wenn die Spannung an dem Kondensator C2 einen hohen Pegel erhält, wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OPS in einen niedrigen Pegel umgesetzt, was den Analogschalter 5Wl ausschaltet. Als Ergebnis wird eine niedrige Spannung durch die Widerstände R 10 bis R 13 dem positiven Eingang des Operationsverstärkers OPS zugeführt und die Spannung an dem Kondensator C2 fällt durch Entladen über eine Diode D1 schnell ab.

Der oben beschriebene Vorgang wird wiederholt, so daß sich die Spannung an dem Kondensator C2 in Dreieckwellenform ändert. Der Kreis 26 erzeugt somit einen Dreieckimpulszug bei einer bestimmten Frequenz. Die Frequenz wird durch die Kapazität des Kondensators C2 und den durch den FET fließenden Strom, wenn der Kondensator C2 geladen wird, bestimmt. Der durch den FET fließende Strom nimmt mit dem Anstieg der Ausgangsspannung des Motordrehzahlfeststellkreises 20 zu. Die Frequenz des Dreieckimpulszugs nimmt somit mit Anstieg der Motordrehzahl zu.

Eine Resonanz tritt auf. wenn die Motordrehzahl gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz der Elektromagnetventile 14, 15 ist. Wenn demgemäß die Frequenz des Dreieckimpulszugs 20 Hz ist, tritt die Resonanz bei Motorik rehzahlen von 1200, 2400 und

<j"> 3600 U/min auf. Wenn deshalb die Frequenz des Dreieckimpulszugs sich so ändert, daß sie nicht mit der Motordrehzahl in einem ganzzahligen Vielfachen übereinstimmt, kann eine Resonanz des Elektromagneventils

verhindert werden. Bei der Anordnung wird die Frequenz des Dreieckimpulszugs geändert, indem der Widerstand des FET so geändert wird, daß die Resonanz des Elektromagnetventils nicht auftritt.

Gemäß F i g. 4 ist die Schaltung mit vier Windkomparatoren 29,30,31 und 32 zwischen dem Motordrehzahlfeststellkreis 20 und dem Frequenzumsetzkreis 28 versehen. Ein Windkomparator enthält ein Paar Operationsverstärker OP6 und OPT, Widerstände R 16 bis R2\ und eine Diode Dft. Der Windkomparator ist so ausgebildet, daß sich dessen Ausgangssignal auf einen hohen Pegel ändert, wenn die Eingangsspannung daran eine vorbestimmte Spannung übersteigt. Die Windkomparatoren 29 bis 32 sind in der eingestellten Eingangsspannung zum Auftreten der Ausgangsinversion unter- schiedlich. Jede Einstelleingangsspannung ist auf einen Wert ausgewählt, der einer Motordrehzahl entspricht, weiche die Resonanz des Elektromagnetventil bewirkt.

wciiii uaä AubgaiigsMgnai ucs Müiüi'utcM/.ämiCM-stellkreises 20 mit einer der Einstelleingangsspannungen zusammenfällt, erzeugt der entsprechende Windkomparator eine hochpegeiige Spannung, die einem Analogschalter SW2 zugeführt wird, um diesen einzuschalten. Der Widerstandswert dient somit dazu, die Frequenzänderungen von dem Widerstandswert des 2=, Widerstands Λ 9 auf einen zusammengesetzten Widerstandswert der Widerstände R 9 und R 22 umzusetzen. Die Frequenz des Dreieckimpulszugs steigt somit an. um die Resonanz zu verhindern.

Obwohl die oben ■ ^schriebenen Anordnungen durch analoge Vorrichtungen gebildet sind, kann die Anordnung auch durch eine digitale Schaltung unter Verwendung von Mikrocomputern aufgebaut werden.

Gemäß der Erfindung wird die Resonanz des Elektromagnetventils verhindert und eine Schwankung des Luftbrennstoffverhältnisses des Gemisches kann verrin-

higkeit des Fahrzeugs zu verhindern.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhäknisses eines Verbrennungsmotors mit einer Zündvorrichtung, mit einem Ansaugkanal, mit einem Vergaser (1), der ein Auf-Zu-Elektromagnetventil (14,15) zum Korrigieren des Luftbrennstoffverhältnisses des dem Vergaser zugeführten Luftbrennstoffgemisches aufweist, mit einem O₂-Fühler (19) zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration der Abgase und mit einer Rückkopplungsregelschaltung (21), die auf die Ausgangssignale des OrFühlers zum Erzeugen von Impulsen zum Aussteuern des Elektromagnetventils zum Korrigieren des Luftbrennstoffverhältnisses anspricht, gekennzeichnet durch einen Motordrehzahlfeststellkreis (20) zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das sich proportional zur Motordrehzah! ändert, und durch einen FrequenzumsectÄreis (28), der mit der Rückkopplungsregelschaitung (2i) und dem Moiordrehzahlfeststel!- kreis (20) zum Ändern der Frequenz der Impulse zum Aussteuern des Elektromagnetventils (14, 15) verbunden ist, so daß eine Resonanz des Elektromagnetventils (14,15) nicht auftritt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsregelschaltung (21) einen Integrierkreis (24), einen Dreieckimpulszugerzeugungskreis (26) und einen Komparator (23) zum Erzeugen von Rechteckimpulsen durch Vergleich des Ausgangjjignals des Integrierkreises (24) mit dem Dreieckimpulszug enthält wobei der Frequenzumsetzkreis (28) so ausgebildet ist. daß der Widerstandswert in dem Dreieckimf .«lszugerzeugungskreis (26) geändert wird, was eine Frequenzumsetzung bewirkt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Windkomparatoren (29—32), die parallel zwischen dem Motordrehzahlfeststellkreis (20) und dem Frequenzumsetzkreis (28) vorgesehen sind, um ein Signal entsprechend dem Ausgangssignal des Motordrehzahlfeststellkreises (20) zu erzeugen und das Signal an den Frequenzumsetzkreis (28) anzulegen.