DE3205631A1

DE3205631A1 - Anordnung zum regeln des luftbrennstoffverhaeltnisses eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3205631A1
Application number: DE19823205631
Authority: DE
Inventors: Kazuo Musashino Tokyo Hara; Hitoshi Niiza Saitama Suzuki
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1981-02-17
Filing date: 1982-02-17
Publication date: 1982-09-16
Also published as: JPH0146698B2; DE3205631C2; GB2093229A; GB2093229B; FR2500068A1; FR2500068B1; JPS57135243A; US4475512A

Description

5/85 -·?- Fuji Jukogyo K.K.

Anordnung zum Regeln des LuftbrennstoffverhäItnisses eines Verbrennungsmotors

Priorität: 17. Februar 1981 Japan 56-22076

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors, die das Luftbrennstoffverhältnis des Luftbrennstoffgemisches auf einen dem stöchiometrisehen Luftbrennstoff verhä I tn'i s angenäherten Wert regelt, bei dem der Dreiwegkatalysator am wirkungsvollsten ist.

Bei einer bekannten Anordnung zum Regeln des .Luftbrennstoff verhä I tni sses wird das Luftbrennstoffverhä I tnis des in den Zylindern des Motors verbrannten Luftbrennstoffgemisches als Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase mittels eines 0~~Fühlers festgestellt, der in dem Auspuffkanal des Motors an einer Stelle stromaufwärts eines kata Iytisehen Konverters vorgesehen ist. Ein Komparator vergleichtdas Ausgangssignal des 0-,-Fühlers mit einem Bezugswert, der von einem MitteIwertfeststel Ikreis zugeführt wird, und erzeugt ein Ausgangssignal, das angibt, ob das Signal größer oder kleiner als der Bezugs- · wert entsprechend dem stöchiometrisehen Luftbrennstoffverhältnis ist. Ein Elektromagnetventil wird in Abhängigkeit des Ausgangssignals zum Regeln der mit dem Gemisch zu mischenden Luft betätigt, um das stöchiometrisehe LuftbrennstoffverhäItnis zu erhalten.

Bei einer solchen Regelanordnung enthält das Ausgangssignal des Op-Fühlers Rauschen und die Wellenform des Ausgangssignals zeigt keine steilen Änderungen. Um das LuftbrennstoffverhäItnis mit einem Mikrocomputer zu regeln, müssen deshalb ein Filter und ein Analog/Digital (A/D)-Umsetzer zwischen dem 0-,-Fühler und dem Mikrocomputer vorgesehen werden. Die Anordnung wird demgemäß im Aufbau kompliziert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses zu schaffen, die einfach und leicht in einem digitalen Regelsystem mit einem Mikrocomputer aufgebaut werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs 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 bekannten Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhä Itnisses,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der bekannten Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhä Itnisses,

Fig. 3 Darstellungen von Wellen formen an bestimmten Stellen in der Anordnung der Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhä Itnisses einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Regelanordnung der Erfindung,

Fig. 6 Darstellungen von Wellenformen an verschiedenen Ste Ilen in Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Versuchsaufbaus eines Auspuff systems und

Fig. 8 Darstellungen von Wellenformen, die mit dem Versuchsaufbau erhalten wurden.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Vergaser, der stromaufwärts eines Motors 2 vorgesehen ist. Der Vergaser 1 enthält eine Schwimmerkammer 3, eine Hauptdüse 5 eines Venturirohrs 4 und einen Korrektur luftkanal 8, der mit einer Luftöffnung 7 in Verbindung steht, die in einem Hauptbrennstoff kana L 6 zwischen der Schwimmerkammer 3 und der Düse 5 vorgesehen ist. Ein weiterer Korrekturluftkanal 13 steht mit einer weiteren Luftöffnung 12 in

-rs ff.

Verbindung, die in einem Leer lauf brennstoffkanaI 11 vorgesehen ist, der von dem Haupt brennstoffkanaI 6 divergiert und sich zu einer Leer laufmündung 10 erstreckt, die sich in der Nähe eines Drosselventils 9 öffnet. Die Korrekturluftkanäle 8 und 13 stehen mit jeweiligen E lektromagnetventilen 14 und 15 in Verbindung, deren Ansaugseiten mit der Atmosphäre über einen Luftreiniger 16 verbunden sind. Ein katalytischer Konverter 18 mit einem Dreiwegkatalysator ist in einem Auspuffrohr 17 an der st romabwärtigen Seite des Motors vorgesehen und ein Oj-Füh-ler 19 ist zwischen dem Motor 2 und dem Konverter 18 vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase als Luftbrennstoffverhältnis des in den Zylindern des Motors verbrannten Gemisches zu best i mmen.

Eine Regelschaltung 20 wird mit dem Ausgangs"

signal des Op-Fühlers 19 gespeist, um die Elektromagnetventile 14 und 15 zu betätigen, um diese mit einem bestimmten Tastverhältnis entsprechend dem Ausgangssignal zu öffnen und zu schließen. Das Luftbrennstoffverhältnis wird mager gemacht, indem Korrektur luft dem Vergaser in einer großen Zuführungsmenge zugeführt wird, und das Luftbrennstoffverhältnis wird fett gemacht, indem die Korrekturluftzufuhr verringert wird.

In der Regelschaltung 20 der Fig. 2 ist der Ausgang des Op-Fühlers 19 mit einem Korrekturstromzufuhrungskreis 21 zum Korrigieren der Nullabdrift des O_-Fühlers 19 verbunden. Der Ausgang des Kreises 21 ist mit einem Filter 22 verbunden. Der Ausgang des Filters 22 ist mit einem Komparator 23 und einem MitteIwertfestste I Ikreis 24 verbunden. Das Ausgangssignal des MitteIwertfeststeIL-kreises 24 wird an den Komparator 23 als Bezugsspannung angelegt. Das Ausgangssignal des Komparators 23 wird an einen Rechenkreis 25 angelegt. Das Ausgangssignal des Rechenkreises 25 wird an einen. Komparator 33 angelegt

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f'r.S -

und ein Dreieckwellensignal von einem Dreieckimpulsgenerator 34 wird dem Komparator 33 zugeführt, um Rechteckwellenimpulse zu erzeugen. Der Komparator 33 ist mit einem Treiberkreis 35 verbunden und das Ausgangssignal in der Form von Rechteckwellenimpulsen des Treiberkreises 35 wird an die Elektromagnetventile 14 und 15 angelegt.

Das Ausgangssignal des Op-Fühlers 1.9 ändert sich sehr schnell bei dem stöchiometrisehen LuftbrennstoffverhäItnis. Das Ausgangssignal hat demgemäß die in Fig. 3 mit a bezeichnete Wellenform. Die Wellenform wird durch den Kreis 21 und das Filter 22 in die Wellenform b in Fig. 3 geändert. Das Ausgangssignal des Filters 22 wird an den Komparator 23 angelegt, in d£m das Ausgangssignal des F.ilters 22 mit einem Mittelwert c verglichen wird,, der von dem Mi tte Iwert f est ste I Ikrei s 24 zum B'eur-.teilen des LuftbrennstoffverhäItnisses des Gemisches zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Komparators 23 wird dem Rechenkreis 25 zugeführt. Der Rechenkreis enthält einen Integrator, der ein integriertes Ausgangssignal in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Komparators 23 erzeugt. Das Ausgangssignal des Rechenkreises 25 wird mit dem Dreieckimpulszug des Dreieckimpulsgenerators -34 in dem Komparator 33 verglichen, um Rechteckwellenimpulse zu erzeugen, deren Tastverhältnis sich mit dem integrierten Ausgangssignal des Rechenkreises 25 ändert. Die Rechteckwellenimpulse werden zu den Elektromagnetventilen 14 und 15 über den Treiberkreis 35 gesandt. Die ElektromagnetventiLe 14 und 15 werden demgemäß mit den TastverhäItnissen der Rechteckimpulse ausgesteuert. Das LuftbrennstoffverhäItnis des Gemisches wird somit auf den Mittelwert c geregelt, der annähernd gleich dem stöchiometrischen Luftbrennstoffverhältnis ist. ; "

Die Wellenform a in Fig. 3 enthält Rauschen. Dieses Rauschen wird durch Schwankungen des Luftbrennstoffverhältnisses in jedem Zylinder des Motors verursacht. Um dieses Rauschen zu beseitigen, ist das Filter 22 vorgesehen.

Die Wellenform b ändert sich mit flachen Neigungen. Die Neigungen werden verringert, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt, wenn sich die Eigenschaft des 0₂~Fühlers verschlechtert. Um das Luftbrennstoffverhältnis durch einen Mikrocomputer mit einem solchen flachen We IlenformsignaI zu regeln, muß das Ausgangssignal des Komparators 23 in ein digitales Signal durch einen A/D-Umsetzer umgewandelt werden.

Die Erfindung ergibt eine Regelanordnung, die das LuftbrennstoffverhäItnis durch einen Komparator ohne Filter und A/D-Umsetzer regelt.

In Fig. 4 sind dieselben Teile wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen versehen. Ein 0-,-Fühler 26 ist an einer Stelle stromabwärts des katalytisehen Konverters 18 vorgesehen. Das Volumen der Auspuffgase von den Auspuffmündungen der Zylinder bis zum dem O_?-Fühler 26 ist größer als bei der bekannten Anordnung der Fig. 1. Der Ausgang des Op-Fühlers 22 ist mit einer Regelschaltung 20a verbunden.

Gemäß Fig. 5 wird das Ausgangssignal des O_?-Fühlers an einen Differenzierkreis 28 angelegt. Das Ausgangssignal des Differenzierkreises 28 wird an einen Mikrocomputer 30 über einen monostabilen Multivibrator 29 angelegt. Das Ausgangssignal des Mikrocomputers wird an die Elektromagnetventile 14 und 15 über einen TreM berkreis 31 angelegt.

Das Volumen der Auspuffgase von den Zylindern bis zu dem Op-Fühler ist größer als das der bekannten

Anordnung, und das oben .erwähnte Rauschen, das durch Schwankungen des LuftbrennstoffverhäItnisses in jedem Zylinder verursacht wird, wird entfernt. Die Auspuffgase nach dem kätalytisehen Konverter 18 enthalten des weiteren eine geringe Menge von Sauerstoff wegen, der ausreichenden chemischen Reaktion durch den Katalysator. Das AusgangssigriaI des Op-Fühlers ändert sich deshalb mit steiler Neigung bei dem Wert, der dem stöchiometri -sehen Luftbrennstoffverhä I tnis entspricht, siehe Fig. 6(A). Wenn demgemäß das Ausgangssignal des O_?-Fühlers durch den Differenzierkreis 28 differenziert wird, werden scharfe Ausgangssignale erhalten, wie sie in Fig. 6(B) gezeigt sind. Die Ausgangs signale werden durch den monostabilen Multivibrator 29 in Impulse C1 und C2 umgesetzt, wie in Fig. 6(C) gezeigt ist. Die Ausgangssignale des O--Fühlers können somit in digitale Signale ohne einen A/D-Umsetzer umgewandelt werden. Wenn der monostabiLe Multivibrator 29 durch einen bistabilen Multivibrator ersetzt wird, wird ein Ein-Bit-Ausgangssignal erhalten, wie in Fig. 6(D). gezeigt ist. Der Mikrocomputer 30 arbeitet in Abhängigkeit der Ausgangssignale des Multivibrators, um Anreicherungs- und Verdünnungsimpulse zu erzeugen. Die Impulse werden den Elektromagnetventilen 14 und 15 über den Treiberkreis 31 zugeführt. Das Luftbrennstoffverhältnis des Gemisches wird somit auf das stöchiometrisehe Luftbrennstoffverhältnis geregelt.

Gemäß Fig. 7 ist ein bei einem Versuch der Erfindung verwendeter Maschinensatz 35 ein Motor mit gegenüberliegenden Zylindern. Ein sich gabelndes Auspuffrohr 36 ist mit den Auspuffmündungen der Maschine 35 verbunden und ein katalytischer Konverter 37 ist an der Verbindung e des Auspuffrohrs 36 vorgesehen. Der Op-Fühler ist an einem Punkt f vorgesehen. Ein mit dem katalytisehen Konverter 37 verbundenes Auspuffrohr 38 steht in Verbindung mit einem weiteren Auspuffrohr 40 über einen Schalldämpfer 39.

Das Volumen des AuspuffkänaLs von den Einlassen d zur

Verbindung e beträgt 1500 cm und das Volumen von den Einlassen d zu der Stelle f des O~~Fühlers beträgt 3000 cm Das letztere Volumen ist somit.das Doppelte des ersteren. Der Versuch wurde mit Positionieren des O--Fühlers am Punkt f entsprechend der Erfindung und mit Positionieren des.Op-FühIers an dem Punkt e bei der bekannten Anordnung ausgeführt.

Fig. 8(G) zeigt das Ausgangssignal des an der Stelle f angeordneten 0_?-Fühlers und Fig. 8(H) zeigt das an der Stelle e festgestellte Ausgangssignal. Das in den Wellenformen der bekannten Anordnung enthaltene Rauschen ist bei den Wellenformen gemäß der Erfindung verringert. Das bei der bekannten Anordnung verwendete Filter kann somit weggelassen werden.

Die Erfindung ergibt eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoff verhä I tni sses durch einen Mikrocomputer ohne Filter und A/D-Umsetzer.

Leerseite

Claims

5/85 Fuji Jukogyo K.K.

Pa ten t an s ρ r ü c h e

1 J Anordnung zum RegeLn des LuftbrennstoffverhäItnisses eines Verbrennungsmotors mit einem Auspuffkanal, mit einem Vergaser, mit einem ElektromagnetventiL zum Korrigieren des LuftbrennstoffverhäLtnisses des dem Motor zugeführten Luftbrennstoffgemisches, mit einem O_-Fühler zum Bestimmen der Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase, mit einem in dem Auspuffkanal vorgesehenen katalytischer! Konverter und mit einer RückkopplungsregeLschaLtung, die auf das Ausgangssignal des Op~Fühlers anspricht, um Signale zu erzeugen, die das Elektromagnetventil zum Korrigieren des Luftbrennstoffverhältnisses aussteuern,

dadurch gekennzeichnet, daß der Op-Fühler in dem Auspuffkanal an einer Stelle stromabwärts des katalytisehen Konverters vorgesehen ist und daß die Rückkopplungsregelschaltung einen Differenzierkreis zum Differenzieren des Ausgangssignals des 0₂""Fühlers, einen Impulserzeugungskreis, der auf das Ausgangssignal des Differenzierkreises zum Erzeugen von Impulsen anspricht, und einen Mikrocomputer enthält, der in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Impulserzeugungskreises zum Betätigen des Elektromagnetventils arbeitet.
2. Anordnung nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß der Imputserzeugungskreis ein Multivibrator ist.