DE3220259A1

DE3220259A1 - Anordnung zum regeln des luftbrennstoffverhaeltnisses eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3220259A1
Application number: DE19823220259
Authority: DE
Inventors: Kazuo Fuchu Tokyo Nakazato; Minoru Higashikurume Tokyo Takashima
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1982-05-28
Publication date: 1982-12-30
Also published as: GB2111254B; GB2111254A; FR2506844A1

Description

Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses mit einem elektrisch geregelten Vergaser in einem Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors und mit einem katalytischen Dreiwegkonverter in einem Auspuffsystem zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase. Die Anordnung regelt das Luftbrennstoffverhältnis eines Luftbrennstoffgemisches auf ein stoichiometrisch.es .Luftbrennst off verhältnis , bei dem der Dreiwegkonverter am wirksamsten arbeitet, und regelt das Luftbrennstoffverhältnis auf einen festen Wert (geringes Luftbrennst offverhältnis) beim Antrieb mit mittlerer und hoher Geschwindigkeit und beim Antrieb mit Schwerlast, so daß der geregelte Luftbrennstoffverhältnisbereich und der feste Luftbrennstoffverhältnisbereich passend auf die Fahrzeugantriebszustände eingestellt werden.

In den japanischen Patentanmeldungen 54—98921 und 55-10678 ist bereits eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses beschrieben worden, die mit einer Feststellvorrichtung zum Bestimmen eines Schwerlastbetriebes des Motors und mit einer Regelschaltung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses auf ein festes fettes Verhältnis versehen ist, um eine hohe Leistung für den Schwerlastbetrieb zu erzeugen.

Bei einer solchen bekannten Anordnung wird, da sich der Ansaugkanalunterdruck und der Drosselöffnungsgrad in Abhängigkeit von der Last ändern, ein bestimmter Wert des Ansaugkanalunterdrucks oder des Drosselöffnungsgrades zum Bestimmen eines Schwerlastbetriebs ausgewählt.

Bei der in Pig. 1 gezeigten Lastcharakteristik ist beispielsweise eine Kurve A eine Drehmomentkurve des vollständig offenen Drosselventils und eine Kurve B zeigt eine Feststellcharakteristik einer VakuumbestifflmungSYorrichtung, die bei -80 mmHg arbeitet. Durch das Verfahren zum Bestimmen des Ansaugkanalunterdrucks in dem Bereich unter der Kurve B wird ein Luftbrennstoffverhältnis auf das stoichiometrisehe Luftbrennstoffverhältnis geregelt, während im Bereich über der Kurve B das Verhältnis auf ein fettes Luftbrennstoffverhältnis für einen Leistungsbetrieb festgesetzt wird. Auch bei dem Verfahren zum Öffnen des Drosselöffnungsgrades sind die Bereiche durch eine Kurve C begrenzt.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist der feste Luftbrennstoffverhältnisbereich über der Kurve B in der Zone niedriger Motordrehzahl mit einer wesentlichen Breite vorhanden und ist in der Zone hoher Drehzahl schmal. Der Betrieb mit voller Leistung durch das feste Luftbrennstoffverhältnis ist jedoch nicht im Stadtverkehr notwendig, vielmehr ist es hier wichtig, die Emission schädlicher Auspuffgase zu verringern. Zusätzlich ist es für einen Antrieb hoher Drehzahl bei Schwerlastzuständen ungünstig, daß der feste Luftbrennstoffverhältnisbereich in der Zone hoher Drehzahl schmal ist.

Durch das Verfahren zum Feststellen des Drosselöffnungsgrades ist andererseits der feste Luftbrennstoffverhältnisbereich in der Zone niedriger Drehzahl schmaler als durch das Verfahren zum Bestimmen des Unterdrucks, jedoch ist die Abgasreinigungswirkung noch ausreichend. Der feste Luftbrennstoffverhältnisbereich in der Zone mittlerer und hoher Drehzahl ist des weiteren breit, was zu einem Anstieg der Emission schädlicher Gase führt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zum Regeln des Lirftbrennstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die mit einem Fühler versehen ist, der auf einen unterdruck in einem Venturi-Rohr des Vergasers des Motors anspricht, um die Zustände des Motorbetriebs festzustellen und um den Bereich des geregelten Luftbrennstoffverhältnisses zu bestimmen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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

Figur 1 eine grafische Darstellung der Bereiche eines
festen Luftbrennstoffverhältnisses bei bekannten Regelanordnungen,

Figur 2 eine schematisehe Darstellung einer Ausbildung einer Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses der Erfindung,

Figur 3 eine grafische Darstellung des Bereichs des festen Luftbrennstoffverhältnisses der Anordnung der Erfindung ,

Figur 4 eine Regelschaltung, die in der Anordnung der
Figur 2 verwendet ist,und

Figur 5 eine Darstellung eines Teils einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 2 bezeichnet 1 einen Verbrennungsmotor, der mit einem Doppelvergaser 2. mit einer Primärseite und einer Sekundärseite und mit einem Auspuffrohr 3 versehen ist. Ein katalytischer Konverter 4 mit einem Dreiwegkatalysator

ist in dem Auspuffrohr 3 angeordnet und ein (^-Fühler 5 ist auch in dem Auspuffrohr 3 an der stromabwärtigen Seite des katalytischen Konverters 4 zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase angeordnet.

Der Vergaser 2 ist mit sekundären Yenturirohren 6a und 6b, mit primären Yenturirohren 7a und 7b und mit Drosselventilen 8a und 8b versehen. In den schmalen Teilen der Venturirohre 6a und 6b sind Unterdruckmündungen 9a und 9b angeordnet. Beide Teile stehen mit einer Unterdruckkammer 12 einer Membranbetätigungseinrichtung 11 über einen Unterdruckkanal 10 in Verbindung. Die Betätigungseinrichtung enthält eine Membranfeder 13, eine Membran 14,e Unterdruckkammer 12 und eine Gelenkeinrichtung 15, die mit einem Hebel 16 des Drosselventils 8b in der Sekundärseite verbunden ist. Eine Hauptdüse 17, die sich zu dem primären Venturirohr 7a der Primärseite öffnet, steht mit einem Hauptbrennstoff kanal 18 in Verbindung, der mit einer luftöffnung 19 versehen ist. Die Luftöffnung 19 steht mit einem ^MAuf-Zu-"Elektromagnetventil 21 über einen Luftkorrigierkanal 20 zum Zuführen von Luft zu der Luftöffnung 19 in Verbindung. Von dem Kanal 18 zweigt ein Leerlaufbrennstoffkanal 23 ab, der mit einer Leerlaufmündung 22 in Verbindung steht, die sich in der Fähe der geschlossenen Stellung des Drosselventils 8a öffnet. Eine Leerlaufluftöffnung 24 steht mit einem "Auf-Zu-"Elektromagnetventil 26 über einen Luftkorrigierkanal 25 in Verbindung. Obwohl andererseits das primäre Venturirohr 7b der Sekundärseite mit einem Hauptbrennstoffsystem versehen ist, ist ein Luftkorrigiersystem wie bei der Primärseite nicht vorgesehen, da es nicht notwendig ist, das Luftbrennstoffverhältnis während des starken Antriebs durch die Betätigung der Sekundärseite des Vergasers zu regeln. Wenn die Luftbrennstoffverhältnisregelung auch bei einem solchen starken Antrieb erforderlich ist, kann das Elektromagnetventil 26 für die Regelung verwendet werden, da das

Elektromagnetventil 26 des Leuchtlastbetriebes nicht für einen Zustand mit kräftigem Antrieb verwendet wird.

Gemäß der Erfindung ist ein Schalter 29 in der Betätigungseinrichtung 11 vorgesehen. Der Schalter 29 ist an einem Gehäuse 27 der Betätigungseinrichtung 1 ' befestigt und ist so ausgebildet, daß er durch eine Platte 28 betätigt wird, die an der Membran 14 befestigt ist. Der Schalter 29 ist so ausgebildet, daß er einen Kreis schließt, wenn die Membran 14 durch ein hohes Vakuum, das in dem Venturirohr bei Schwerlast erzeugt wird, durchgebogen wird, was bewirkt, daß das sekundäre Drosselventil 8b betätigt wird. Somit wird der feste Luftbrennstoffverhältnisbereich durch den Unterdruck in der Unterdruckkammer 12 der Betätigungseinrichtung bestimmt. Bei Fig. 3 ist die Drehmomentkurve, wenn die Betätigungseinrichtung arbeitet, mit D bezeichnet. In der Zone niedriger Drehzahl n^, ist der feste Luftbrennst of fverhaltnisberexch kaum vorhanden, da die Membran 14 nicht in dieser Zone niedriger Drehzahl durchgebogen wird. In der Zone Up mit mittlerer und hoher Drehzahl steigt; der Unterdruck in dem Venturirohr sehr stark an und schließt den Schalter 29 und ein weiter Bereich des Luftbrennstoffverhältnisses kann erhalten werden.

Die Ausgänge des C^-Fühlers 5 und des Schalters 29 sind elektrisch mit den Elektromagnetventilen 21 und 26 über eine Regelschaltung 30 verbunden. Gemäß Fig. wird das Ausgangssignal des Op-Fühlers 5 einem Komparator 32 zugeführt. Der Komparator 31 arbeitet, um das Eingangssignal mit einem Bezugswert zu vergleichen, der von einem Bezugswertkreis 32 angelegt wird, um ein Abweichungssignal zu erzeugen. Das Ab-

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weichungssignal wird zu einem Proportional- und Integrierkreis 33 gegeben, so daß das Abweichungssignal in ein Proportional- und Integriersignal umgesetzt wird. Das Proportional- und Integriersignal wird einem Komparator 34· über einen Halbleiterschalter 35 zugeführt und mit Dreieckwellenimpulsen verglichen, die von einem Dreieckwellenxmpulsgenerator 36 zugeführt werden, so daß Rechteckwellenimpulse erzeugt werden. Die Rechteckwellenimpulse werden einer Treiberstufe 37 und des weiteren den beiden Auf-Zu-Elektromagnetventilen 21 und 26 zugeführt.

Gemäß der Erfindung ist ein Kreis 38 zum Erzeugen eines Signals mit festem Tastverhältnis mit dem Komparator 34- über einen Halbleiterschalter 39 verbunden. Das Regelgate des Schalters 35 ist mit dem Schalter 29 über einen Inverter 40 verbunden und das Regelgate des Schalters 35 ist mit dem Schalter 29 verbunden.

Bei einem Leichtlastbetrieb unter der Kurve D (Fig. 3) ist das Ausgangssignal des Schalters 29 niedrig. Das Ausgangssignal des Inverters 40 ist deshalb hoch, so daß der Schalter 35 geschlossen wird und der Schalter 39 geöffnet wird. Der Proportional- und Integrier-Kreis 33 wird auf diese Weise mit dem Komparator 34 verbunden. Wenn in diesem Zustand Abgase mit einer geringen Snuerstoffkonzentration durch den Op-Fühler 5 festgestellt werden, erzeugt der Proportional- und Integrierkreis 33 ein Ausgangssignal zum Korrigieren der Abweichung des Luftbrennstoffverhältnisses. Gemäß dem Ausgangssignal erzeugt die Treiberstufe 37 Ausgangsimpulse mit einem größeren Impulstastverhältnis, wodurch die Öffnungszeiten der Auf-Zu-Eletromagnetventile 21 und 26 ansteigen und als Ergebnis steigt die Menge der durch die Kanäle 20 und 25 strömenden Luft an. Das Luft-

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brennstoffverhältnis des von dem Vergaser 2 zugeführten Gemisches steigt somit an. Wenn ein mageres Luftbrennstoffverhältnis festgestellt wird, werden Antriebsimpulse mit einem kleinen Impulstastverhältnis erzeugt, wodurch das Luftbrennstoffverhältnis verringert wird, um das von dem Vergaser zugeführte Gemisch anzureichern.

Wenn die Motordrehzahl und der Venturiunterdruck ansteigen, wird die Membran 14 durchgebogen und das sekundäre Drosselventil 8b wird für einen Schwerlastbetrieb in der Zone mittlerer und hoher Drehzahl geöffnet. Zu dieser Zeit wird der Schalter 29 geschlossen, so daß der Schalter 35 geöffnet wird und der Schalter 39 geschlossen wird. Ein Signal eines festen Tastverhältnisses für ein fettes Luftbrennstoffgemisch wird deshalb von dem Kreis 38 dem Komparator 34- über den Schalter 39 zugeführt. Die Ventile 21 und 26 werden somit mit einem festen Tastverhältnis angetrieben, um ein fettes Luftbrennstoffverhältnis für einen leistungsvollen Betrieb zu erzeugen.

In der Zone niedriger Drehzahl oder der Zone mittlerer oder hoher Drehzahl ist im einzelnen bei leichter Last der an der Unterdruckmündung 9a erhaltene Venturiunterdruck klein und wird durch den atmosphärischen Druck an der Mündung 9b ausgeglichen. Der Unterdruck in der Unterdruckkammer 12 der Betätigungseinrichtung 11 ist deshalb meistens Null, so daß die Membran 14 und die Gelenkeinrichtung 15 durch die Feder 13 gedrückt werden, um das sekundäre Drosselventil 8b zu schließen. Gleichzeitig wird der Unterdruckschalter 29 ausgeschaltet und folglich arbeitet der Regelkreis 30 als Rückkopplungsregelsystem, wie oben beschrieben wurde.

Bei Zuständen mittlerer oder hoher Drehzahl bei schwerer Last, und wenn der Öffnungsgrad des primären Drosselventils 8a auf einen Schwerlastgrad ansteigt, vergrößert sich der Venturiunterdruck an der Unterdrucköffnung 9a sehr schnell und folglich wird der Unterdruck in der Unterdruckkammer 12 wegen des darin durch den Kanal 10a eingeführten Unterdrucks erhöht, wodurch die Membran 14 durchgebogen wird, um das sekundäre Drosselventil 8b zu öffnen. Der Venturiunterdruck wird folglich auch an der Unterdruckmündung 9b erhalten und mit dem Unterdruck an der Unterdruckmündung 9a vereinigt, was zu einem schnellen Anstieg des Öffnungsgrades des sekundären Drosselventils 8b führt. Somit wird Brennstoff der Sekundärseite zugeführt, um die Leistung zu erhöhen. Gleichzeitig wird der Schalter 29 eingeschaltet, so daß die Rückkopplungsregelung angehalten wird und das Luftbrennstoffverhältnis auf einen fetten Wert festgelegt wird, wie oben beschrieben wurde. Gemäß Fig. 3 ist der Bereich des festen Tastverhältnisses schmaler in einer Zone mittlerer Drehzahl und ist merklich breit in einer Zone hoher Drehzahl.

Auf diese Veise wird in der Zone hoher Drehzahl die Ausgangsleistung des Motors am wirkungsvollsten erhöht.

Obwohl der Zustand des Motorbetriebs durch den Schalter 29 in der Betätigungseinrichtung 11 festgestellt wird, können eine weitere Feststellvorrichtung, wie ein Übertrager mit einer Spule, die um das Gelenk 15 vorgesehen ist, und eine elektrische Feststellvorrichtung verwendet werden. Obwohl des weiteren das Signal des festen Tastverhältnisses dem Komparator 34- zugeführt wird, kann es auch dem Eingang des Proportional- und Integrierkreis zugeführt werden, wobei der Schalter 35 vorgesehen ist, um das Ausgangssignal des Komparators 31 abzuschalten.

Bei der Ausführungsform der Fig. 5 ist ein durch. Unterdruck betätigter Schalter 41 vorgesehen. Eine Unterdruckkammer 42 des Schalters steht mit der Unterdruckkammer der Betätigungseinrichtung 11 in Verbindung, so daß der Schalter in Abhängigkeit des Gleichgewichtes zwischen dem Ventur!unterdruck und der Federstärke der Unterdruckkammer 42 geschlossen wird.

Die Ausbildung anderer Teile und die Arbeitsweise sind dieselben wie bei der vorangehenden Ausführungsform.

Wie oben beschrieben wurde, ist im Vergleich mit dem bekannten Ansaugkanalunterdruckverfahren und Drosselöffnungsgradverfahren gemäß der Erfindung der Bereich des festen Luftbrennstoffverhältnisses in der Zone niedriger Drehzahl meist Null und ist sehr breit in einer Zone hoher Drehzahl. Die Abgasreinigung wird deshalb am. wirkungsvollsten erreicht, wenn das mit diesem System versehene Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit und großer Last angetrieben wird, was beim Fahren im Stadtverkehr üblich ist. Auch die Antrieb sfähigkeit und die Beschleunigung werden beim Antrieb mit hoher Drehzahl verbessert.

Claims

Pat.ent, an. spräche

M.JAnordnung zum Hegeln des Luftbrennstoffverhältnisses für einen Vergaser eines Verbrennungsmotors mit einem Ansaugkanal, mit einem Venturirohr in dem Ansaugkanal, mit einem Drosselventil in dem Ansaugkanal, mit einem Auspuffkanal, mit einer ersten Feststelleinrichtung zum Bestimmen der Konzentration des Bestandteils der durch den Auspuffkanal strömenden Auspuffgase, mit einem Auf-Zu-Elektromagnetventil zum Korrigieren des Luftbrennstoffverhältnisses des durch eine Luftbrennst off gemischzuführe inrichtung zugeführten Luftbrennstoffgemisches, mit einer elektronischen Regelschaltung, die einen Komparator zum Vergleichen eines Ausgangssignals der ersten Peststelleinrichtung enthält, mit einem Integrierkreis und mit einem Antriebskreis zum Erzeugen von Antriebsimpulsen zum Antreiben des Elektromagnetventils in Abhängigkeit eines Ausgangssignals des Integrierkreises zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses auf einen Wert in der Nähe des stoichiometrischen Luftbrennstoffverhältnisses,
gekennzeichnet durch

eine zweite Feststelleinrichtung, die auf den Unter-

druck an dem Venturirohr zum Bestimmen des Zustandes des Betriebs des Verbrennungsmotors und zum Erzeugen eines Peststellsignals durch ein hohes Venturivakuum anspricht,

einen Kreis zum Erzeugen eines festen Signals zum Zuführen eines Signals eines fetten BrennstoffVerhältnisses an den Antriebskreis und

eine Schalteinrichtung, die durch das Feststellsignal der zweiten Peststelleinrichtung betätigt wird, um das Ausgangssignal der ersten Feststelleinrichtung unwirksam zu machen und das feste Signal dem Antriebskreis zuzuführen.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

einen Doppelvergaser mit einer Primärseite und einer Sekundärseite und durch eine Betätigungseinrichtung mit einer Membran, die eine Unterdruckkammer begrenzt, die mit den Venturirohren in Verbindung steht, um durch den Unterdruck an den Venturirohren des Vergasers zum Öffnen eines Drosselventils in der Sekundärseite betätigt zu werden, wobei die zweite Peststelleinrichtung auf den Betrieb der Betätigungseinrichtung durch den Venturiunterdruck anspricht.
3. Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Feststelleinrichtung ein Schalter ist, der durch eine Membran der Betätigungseinrichtung betätigt wird.
4. Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Feststelleinrichtung ein Unterdruckschalter ist, der durch den Unterdruck in der Unterdruckkammer der Betätigungseinrichtung betätigt wird.