DE3231122A1 - Regeleinrichtung fuer die gemischzusammensetzung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Regeleinrichtung fuer die gemischzusammensetzung einer brennkraftmaschine

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Description

3731172
* Kl -ν - Λ
16.8.1982 MÜ/Pi
ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1
Regeleinrichtung für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Regeleinrichtung für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine mit einer Sauerstoffsonde, die im Bereich von Lambda gleich Eins einen Sprung und wenigstens in einem Randbereich ein stetiges Signalverhalten aufweist. Derartige Sonden sind z.B. aus der US-PS 3 511^ 377 bekannt. Ihr Signalverhalten ist gekennzeichnet durch einen Sprung im Bereich Lambda gleich Eins und durch mehr oder weniger flach verlaufende Äste in den Randbereichen.
Eine Regeleinrichtung für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine offenbart die DE-OS 21 16 097. Eines der dort offenbarten Beispiele umfaßt einen Sauerstoff sensor , dem ein Tiefpaß und ein Schwellwertschalter nachgeschaltet ist. Mit diesem Schwellwertschalter werden die Umschaltpunkte der Sonde beim Übergang von reduzierendem zu oxidierdem Gemisch und umgekehrt bestimmt und über eine Zweipunkt-Regeleinrichtung ein
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durchschnittliches Gemisch mit Lambda gleich Eins eingeregelt. Mit einer weiteren Sonde regelt man einen Punkt auf einem der "beiden Randäste ein, so daß insgesamt Regelungsvorgänge sowohl für Lambda gleich Eins, als auch für Lambda ungleich Eins, vorzugsweise 1,2 bis 1,h stattfinden.
Um dieses breite Spektrum von Lambda regelungstechnisch sicher abdecken zu können, benötigt die Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik verschiedene Sonden. Im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige und rationel le Serienfertigung ist diese bekannte Lösung nicht opti mal.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erhält man eine kostengünstige und funktionsmäßig zufriedenstellende Lösung einer Gemischregeleinrichtung.
Weitere Vorteile der Erfindung und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 das Ausgangssignal einer Sauer stoffsonde aufgetragen über Lambda, Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Regelein-
1798
• (ο ·
richtung, Figur 3 verschiedene Impulsdiagramme zum Erläutern des Gegenstandes von Figur 2, Figur h ein Diagramm zum Erläutern der Temperaturabhängigkeit des Sondenausgangssignals, Figur 5 ein Diagramm des Ansteuersignals für das Stellglied abhängig von Lambda, Figur 6 und Figur 7 zeigen Schaltungsanordnung und Signalbilder eines zweiten Ausführungsbeispiels und Figur 8 und 9 Einzelheiten des Gegenstandes von Figur 6.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist das Ausgangssignal einer Zirkon-Di-*- oxyd-Sonde über Lambda aufgetragen. Erkennbar ist ein relativ hohes Spannungspotential bei Lambda-Werten unterhalb 1.0. Bei Ti= 1 folgt dann ein Spannungssprung der Ti -Kennlinie, der oberhalb Λ= 1,0 im sogenannten Magerast ausklingt. In der Mitte des Potentialsprunges liegt die Regelschwelle für die Lambda gleich Eins-Regelung (Zweipunkt-Regelung) bei etwa 500 Millivolt. Für die Magerregelung , d.h. Lambda = 1,2, liegt der Regelschwell entert bei etwa ko Millivolt.
Vor allem die Spannungswerte der Sonde sind im mageren ^-Bereich in der Regel sehr temperaturabhängig. Für regelungstechnische Zwecke verwertbare Signale'erfordern deshalb eine auf möglichst konstante Temperatur aufgeheizte Sonde.
Ein Teilaspekt der Erfindung besteht darin, eine einzige beheizte Sonde sowohl zur Lambda gleich Eins-, als auch zur Magerregelung z.B. (Lambda = 1,2) zu verwenden. Damit läßt sich eine Verminderung des Kraftstoff-
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"Verbrauchs mit der Magerregelung im Teillastbereich und eine Reduzierung der Abgase mit einer Lambda gleich Eins-Regelung bei Leerlauf und oberhalb des Teillastbereichs erreichen.
Bei diesem zweigeteilten Regelungskonzept bedarf es besonderer Aufmerksamkeit für die Übergänge der beiden Regelungsarten.
Figur 2 zeigt ein erstes Beispiel der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung j wobei der Schwerpunkt auf dea schaltungsmäßigen Komponenten zum Steuern der Umschaltung zwischen beiden Reglerarten liegt.
Mit 10 ist ein Abgasrohr, und mit 11 eine Abgassonde bezeichnet. Ihr Ausgangssignal gelangt einmal unmittelbar und einmal mittelbar über einen Verstärker zu einem Wechselschalter 13. Dessen Ausgang steht ■wiederum mit einem ersten Eingang eines Zweipunkt-Reglers 1^ in Verbindung, der seinerseits eine Regelspannung für eine Gemischbildungseinrichtung bei der Brennkraftmaschine liefert. Dies kann sowohl ein Einspritzsystem, als auch ein steuerbares Vergasersystem sein. Ein Drehzahlsensor (Auswertung der Zündimpulse) trägt das Bezugszeichen 15, ein Lastsensor das Bezugszeichen 16. Zur Auswertung deren Signale werden die elektrischen Netzwerke 17 und 18 nachgeschaltet, denen wiederum Schwellwertschalter 19 und 20 folgen. Beide Schwellwerschalter 19 und 20 erhalten zusätzlich Vergleichssignale "von Sollwert steuerstufen 21 und 22. Ausgangsseitig sind die Schwellwertschalter 19 und 20 mit einem Und-Gatter 23 gekoppelt. Es folgt ein Oder-&atter 2k t dessen zwei-
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■ ?·
ter Eingang über einen Leerlaufschalter 25 mit positivem Signal beaufschlagbar ist. Das Ausgangssignal des Oder-Gatters 2h steuert ein Relais 26, das den Wechselschalter 13 betätigt. Außerdem führt/from Ausgang des Oder-Gatters 2k ein Tiefpaß aus einem Widerstand 27 und einem Kondensator 28 zum Sollwerteingang des Zweipunkt-Reglers lh. Dieser Sollwerteingang ist zusätzlich unmittelbar mit der Verbindungsstelle des Spannungsteilers aus zwei Widerständen 29 und 30 zwischen den Batteriespannungsanschlüssen verbunden. Ferner existiert noch eine Verbindung über einen Tiefpaß aus einem Widerstand 32 und einem Kondensator 33 zur Verbindungsstelle von Funktionsgenerator 17 und Schwellwertschalter 19·
Erklärt wird der Gegenstand von Figur 2 zweckmäßigerweise anhand'der Impulsdiagramme von Figur 3.
Figur 3a zeigt das Ausgangssignal des Drehzahlfunktionsnetzwerkes 17· Erkennbar ist, daß während des Leerlaufs das Ausgangssignal Null ist und oberhalb der Leerlaufdrehzahl ergibt sich ein linear ansteigendes Ausgangssignal. Entsprechendes gilt für die Last ,wobei Figur 3b das Ausgangs signals des Funktions^btzwerkes 18 zeigt. Die Schwellwertschalter und 20 geben dann je nach ihrem Einstellpunkt Signale entsprechend Figur 3c und d ab. Figur 3e zeigt das Ausgangssignal des Und-Gatters 23 und Figur 3f dasjenige des Oder-Gatters 2h. Es macht deutlich, daß bei Leerlauf und ab oberem Teillastgebiet das Relais 26 erregt wird, während es im unteren und mittleren Teillastbereich abgefallen ist. Der nachfolgende
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Tiefpaß mit dem Widerstand 27 und dem Kondensator 28 sorgt entsprechend einer e-Funktion für ein Verschleifen der jeweiligen Signalflanken des Oder-Gatters 2U, so daß letztlich am Sollwerteingang des Zweipunkt-Reglers "\k ein Signal entsprechend Figur 3g vorliegt. Schließlich zeigt Figur 3h das Ausgangssignal des Zwei-punkt-Reglers 14.
Im Leerlaufbetrieb (Gaspedal in Ruhestellung) ist der Leerlaufschalter 25 geschlossen, das Oder-Gatter 2U erhält an seinem Eingang Plus-Potential und schaltet es auf seinen Ausgang durch. Dies "bedeutet, daß sich ein Sollwert für den Zweipunkt-Regler 1h entsprechend den Widerstandswerten der "beiden Widerstände 29 und 30 ergibt. Je nach Sonde ist dies z.B. ein Wert von 500 Millivolt. Da gleichzeitig das Relais 26 erregt und somit die Sondenspannung unmittelbar auf dem Istwert-Eingang des Zweipunkt-Reglers 1h schaltet, ergibt sich insgesamt ein Lambda gleich Eins-Regler.
Ein Niederdrücken des Fahrpedals läßt den Leerlaufschalter wieder öffnen und die Motordrehzahl wird erhöht. Das Ausgangssignal am Oder-Gatter 2h fällt ab, das Relais 26 und der Wechselschalter 13 verharren im unerregten, d.h. gezeichneten Zustand mit der gleichzeitigen Folge, daß nun signalmäßig dem Widerstand 30 der Widerstand parallel liegt und somit der Sollwert des Reglers 1h auf etwa 200 Millivolt abgesenkt wird. Dieser Wert orientiert sich am Ausgangssignal der Sonde beim Regelpunkt im Magerast (U0 Millivolt) multipliziert um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 12 (in diesem Fall 5)· Der Zweipunkt-Regler 1 U regelt dann im MagerBereich z.B. bei Lambda = 1,2 auf Kraftstoffverbrauchsoptiimim. Der
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-Y- >λο ■
Übergang von der Lambda gleich Eins-Regelung auf die Magerregelung und umgekehrt muß gleitend erfolgen, ■weil ein sprungartiger Lambda-Wechsel eine erhebliche und spürbare Drehzahländerung des Motors zur Folge hätte und damit ein unangenehmes Fahrverhalten. Es wird solange im Magerbereich auf Kraftstoffverbrauchsoptimum geregelt, bis der Motor einen Betriebszustand erreicht hat, bei dem die Abgaswerte so groß werden, daß sie mit einer Lambda gleich Eins-Regelung und mit einem 3-Wege-Katalysatorsystem drastisch reduziert werden müssen.
Haben bei diesem Betriebszustand die beiden Schwellwertschalter 19 und 20 umgeschaltet, dann erhalten beide Eingänge am Und-Gatter 23 positives Signal und somit steht auch am Eingang des Oder-Gatters 2k ein postives Signal an. Das Relais 26 wird wieder erregt und der Sollwert am Sollwerteingang des Zweipunkt-Reglers 1k steigt über den Tiefpaß aus Widerstand 27 und Kondensator 28 nach einer e-Funktion wieder auf etwa 500 Millivolt an (Figur 3g).
Die beheizte Sonde ist in der Regel sehr temperaturstabil, vorzugsweise dann, wenn ein PTC-Heizer verwendet wird. Da aber im Abgas Temperaturschwankungen zum Teil zwischen 300° C und 800° C auftreten (im Teillastbereich 300 bis etwa 500° C), wird die Sondenkennlinie geringfügig um einige Millivolt im heißen Abgas angehoben, was aus Figur k ersichtlich ist. Dort ist das Ausgangssignal der Sonde im mageren Bereich aufgetragen bei je einem hohen und einem tiefen Abgastemperaturwert. Die Signaldifferenz be-
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trägt z.B. 3 Millivolt.
Da heißes Abgas überwiegend verzögert mit zunehmender Drehzahl auftritt -wird der Sollwert am Sollwerteingang des Zweipunkt-Reglers 1k über den Tiefpaß mit dem Widerstand 32 und dem Kondensator 33 verzögert angehoben und damit der geringefügige Temperatureinfluß auf die Lambda-Sonde kompensiert. Werden die eingestellten Sollwerte der Schwellwertschalter 19 und 20 durch die Ausgangssignale der beiden !Funktionsnetzwerke 17 und 18 unterschritten, dann wechselt auch wieder das Ausgangssignal des Und-Gatters 23, so daß letztlich wieder eine Magerregelung im Teillastgebiet erfolgt.
Der Ausgang des Zweipunkt-Reglers 1 it· wird in bekannter Weise zu einem Stellglied einer Benzineinspritz- oder Vergaserregel-Anlage geführt. Die Spannung, für die Stellglieder ist in Figur 5 dargestellt. Aus dieser Darstellung ist ein linearer Zusammenhang zwischen Lambda und Steuerspannung ersichtlich, wobei diese Steuerspannung mit zunehmenden Lambda kleiner wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine ist in Figur 6 dargestellt. Der wesentlichste Unterschied zum Gegenstand von Figur 2 besteht darin, daß dort ein einziger Zweipunkt-Regler 1k vorhanden ist, während hier sowohl ein Zweipunkt-Regler für Lambda gleich Eins, als auch ein stetiger Regler für die Magerregelung vorgesehen sind. Diese beiden Regler tragen die Bezugszeichen ^O und U 1 . Im einzelnen besteht folgender Aufbau. Die Sonde 11 als Istwertgeber steht wiederum unmittelbar mit dem ZweipunktRegler hffund mittelbar über einen Verstärker 12a
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— 9 —
mit dem stetigen Regler hl in Verbindung. Die Verbindungsstelle der beiden Widerstände 29 und 30 dient dazu, für beide Reglerarten die Sollwerte bereitzustellen. Dem Sollwert eingang des Reglers k"\ ist noch ein Verstärker 12b vorgeschaltet. Ausgangsseitig folgt den beiden Reglern ho und h1 ein vom Relais 26 betätigter Wechselschal'ter 1+2 (kann auch als Halbleiterschalter verwendet werden), dessen Ausgang wiederum den Ausgang der gesamten Regelanlage bildet. Dem Zweipunkt-Regler ^O ist eine erste Schalteinheit ^5 zugeordnet, sie erhält Eingangssignale von einer Sondenüberwachungsstufe k6 und von einem Zeitglied ^7, das über eine Diode ^-8a vom Eingangssignal des Relais 26 und vom Ausgangssignal des Leerlaufschalters 25 gesteuert wird. Das Oder-Gatter 2h von Figur 2 ist beim Gegenstand von Figur 6 als Dreifach-Oder-Gatter -hg ausgebildet, das zusätzlich über eine Diode ^8b ein Eingangssignal von der Sondenüberwachsungsschaltungsanordnung h6 erhält. Schließlich steuert das Ausgangssignal dieses Oder-Gatters i+9 noch über ein Zeitglied 50 und eine Schalteinheit 51 den stetigen Regler hl. Erklärt wird der Gegenstand von Figur 6 vorteilhafterweise anhand der in Figur 7 dargestellten Signaldiagramme, wobei die einzelnen Signalverläufe bei Figur 6 eingetragen sind.
Im Hinblick auf die Tatsache, daß bei Magerregelung das Sonden-Ausgangssignal eine relativ kleine Steigung aufweist, ist es vorteilhaft, in diesem Fall einen stetigen Regler zu benutzen, mit dem eine größere Regelgenauigkeit erreicht wird. Außerdem werden mit dem stetigen Regler (hl) Lambda-Störgrößen, die vom eingestellten Sollwert abweichen, schneller ausgeregelt als bei einem Zweipunkt-Regler, da mit größer werdender Regel-, abweichung die Steigung des Regies durch, den I-Anterl vergrößert und damit einer nicht erwünschten Luftzahl
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Lambda "verstärkt entgegen wirkt. Dieser stetige Regler läßt sich für eine Lambda gleich Eins-Regelung deshalb nicht verwenden, weil "bei Lambda gleich Eins die Lambda-Sonde einen steilen Spannungssprung aufweist und dadurch der Regler immer am Mager- oder Fettanschlag wäre.
Im Leerlaufbetrieb oder bei Betätigen des Gaspedals muß bei ungenügender Betriebstemperatur der Λ -Sonde wegen der Laufruhe des Motors auf Steuerung bei ^- = 1 gefahren werden. Um dies zu realisieren muß am Oder-Gatter k& ein Pluspotential erfolgen, so daß das Relais 26 anzieht und auf den Ausgang vom Zeitpunkt-Regler umschaltet. Dies erfolgt einmal im Leerlaufbetrieb durch den geschlossenen Leerlaufschalter 25" (bei warmer oder kalter Sonde) oder bei ungenügender Betriebstemperatur der
7< -Sonde und bei geöffneetm Leerlauf schalter 2JT (Gaspedal betätigt) durch die Sondenüberwachungsschaltung h6, die an das Oder-Gatter h-9 ein Pluspotential abgibt.
In beiden Fällen, wenn 7< = 1 gesteuert wird, muß das Zeitglied kj unwirksam bleiben, denn bei einem positiven Impuls am Ausgang vom Oder-Gatter H 9 würde während der Standzeit vom Zeitglied hf der Zweipunkt-Regler auf λ= 1,15 gesetzt werden.
Das Zeitglied hj wird einmal unwirksam durch über die Diode U8b und zum anderen durch den Leerlaufschalter 25 mit einem Pluspotential über Diode U8a. Dioden U8a und b entkoppeln die Signale von Sondenüberwachung U6 und Leerlaufschalter 25.
Hierzu dienen beim Ausführungsbeispiel Schaltungseinzelheiten, die in Figur 8 dargestellt sind. Der Zweipunkt-Regler Uo umfaßt dort einen Komparator 60, dem ein als Integrator beschalteter Operationsverstärker 63 nach-
geschaltet ist. Dazu dient ein Vorwiderstand 62 sowie ein Kondensator 63 vom Ausgang zum Minus-Eingang des Operationsverstärkers 61. Plus-seitig steht dieser Verstärker 61 einmal über einen Widerstand 6k mit einer Plus-Leitung 65 und ferner ü"ber eine Reihenschaltung zweier Widerstände 66 und 67 mit der Minus-Leitung in Verbindung. Parallel zu Kondensator 63 und Widerstand 67 liegt je ein Transistor 70 und 71, die basisseitig über je eine Reihenschaltung von Widerstand und Diode (72 bis 75) mit dem Ausgang des Zeitgliedes 1+7 verbunden sind. Über eine weitere Reihenschaltung von Widerstand 77 und Diode 78 läßt sich Transistor 70 noch zusätzlich vom Ausgang der Sondenüberwachungsschaltung steuern. Schließlich liegt noch vom Ausgang des Operationsverstärkers 61 als dem Ausgang des Zweipunkt-Reglers Uo ein Widerstand 79 gegen die Plus-Leitung 65.
Bei noch nicht betriebsbereiter Sonde gibt die Sondenüberwachungsschaltung ein positives Ausgangssignal ab, was den Transistor 70 von Figur 8 leitend steuert. Transistor 71 bleibt gesperrt, weil das Zeitglied kj nicht wirksam ist. Am Ausgang ergibt sich dann eine Spannung, die sich aus dem Spannungsteilerverhältnis der Widerstände 6k, 66 und 67 ergibt. Sie ist so gewählt, daß sie das Stellglied für das Gemisch auf Steuerung bei Lambda gleich Eins setzt. Wenn die Sonde nach etwa 30 Sekunden ihre Betriebstemperatur erreicht hat und damit ein brauchbares Regelsignal liefert, dann entfällt das positive Ausgangssignal der Sondenüberwachungsschaltung, so daß der Transistor 70 sperrt und damit der Zweipunkt-Regler kO seine Regeltätigkeit aufnehmen kann. Da aufgrund des geschlossenen
Leerlaufsciialters 25 am Ausgang des Oder-Gatters k9 ein postives- Potential entsteht, liegt der Sollwert am Zweipunkt-Regler Uo auf etwa 500 Millivolt, d.h. es wird Lambda gleich Eins eingeregelt, siehe Figur 7j ·
Beim Betätigen des Gaspedals öffnet der Leerlaufschalter; das Ausgangssignal am Oder-Gatter 1*9 bricht zusammen und das Relais 26 bringt den Wechselschalter 1*2 wieder in die gezeichnete Ausgangsstellung. Der Regelsollwert für die beiden Regler 1*0 und U1 gleitet aufgrund des Tiefpasses aus Widerstand 27 und Kondensatro 28 nach einer e-Funktion auf etwa 1*0 Millivolt ab (siehe Figur 7i). Da während der Lambda gleich Eins-Regelung der Reglerausgang des stetigen Reglers 1*1 am Mageranschlag steht (Figur 7k) muß der stetige Regler hl über das Zeitglied 50 und die Schalteinheit 51 eine kurze Zeit auf Steuerung gesetzt werden (Figur 7k). Um ein sanftes Fahrverhalten beim übergang von der Lambda gleich Eins-Regelung auf die Magerregelung zu gewährleisten, wird der stetige Regler 1*1 nicht sofort auf die Sollgröße Lambda = 1,2 gesetzt, sondern nur geringfügig neben Lambda =1,0 nämlich auf die Luftzahl z.B. Lambda = 1,05.
Im einzelnen dient hierzu der Gegenstand von Figur 9· Dort umfaßt der stetige Regler 1*1 einen als PI-Regler beschalteten Operationsverstärker 80, dem ein Widerstand 81 vor- und eine Reihenschaltung von Widerstand 82 und Kondensator 83 parallelgeschaltet ist. Das RC-Glied aus den Elementen 82 und 83 liegt parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 81*, der basis-seitig über einen Widerstand 85 und eine Diode 86 mit dem Ausgang des Zeitgliedes 50 gekoppelt ist.
ί— W I I
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Der Plus-Eingang des Operationsverstärkers 8θ steht über einen Widerstand 88 mit der Minus-Leitung 68 und über eine Reihenschaltung von Transistor 91 und Widerstand 90 mit der Plus-Leitung 65 in Verbindung. Der Transistor 9.1 wird ebenfalls ausgehend vom Zeitglied 50 über eine Diode 92 und einen Widerstand 93 angesteuert. Vom Ausgang des Operationsverstärkers 80 führt noch ein Widerstand 96 zur Plus-Leitung 65· Zwischen Ausgang des Zeitgliedes 50 und Masse liegt ferner ein Relais 9^·» dessen normalerweise geschlossenes Kontaktpaar in der Leitung von Verstärker 12b und Regler U1 liegt.
Während der aus Figur 7k ersichtlichen kurzen Steuerungszeit unmittelbar im Anschluß an den Leerlaufbetrieb steuert das Zeitglied 50 mit einem positiven Impuls die Transistoren Qk und 91 leitend und das Relais 9^ (oder Halbleiterschalter) zieht an und öffnet den Kontakt 95· Dadurch wird einmal der Regler kl unwirksam, ferner wird ein Spannungspotential am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 80 gebildet aufgrund des leitenden Transistors 91'. Dieses Spannungsteilerverhältnis ist dann so gewählt, z.B. 5 V/daß das am Reglerausgang angeschlossene Stellglied mit Lambda = 1,05 angesteuert wird. Nach Ablauf der durch das Zeitglied 50 bestimmten Zeitdauer sperren die beiden Transistoren Qk und 91 wieder: das Relais 9^· fällt ab und schließt seinen Kontakt 95, so daß der stetige Regler kl um einen spannungsmäßig niedrigen Arbeitspunkt regeln kann, der dann durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 87 und 88 und Verstärker 12b gebildet wird. Anschließend wird der stetige Regler k 1 durch die gleitende Sollwertgröße über 20faeb,en Verstärker 12b auf einen Regelarbeitspunkt von etwa IiOO Millivolt geführt (Figur 7k). Dies deshalb, weil
- AJ-
der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 12a 10 beträgt und die Sondenspannung auf diesem Punkt des Magerastes Uo Millivolt beträgt. Der Sollwert wird deshalb um das 20-fache verstärkt ,damit mit dem Widerstand 87 der genaue Sollwert abgeglichen werden kann, nämlich U00 mV.
Die Brennkraftmaschine wird'während des unkritischen Teillastbereichs bei geringen Abgaswerten im Magerbetrieb auf Kraftstoffverbrauchsoptimum geregelt bis die beiden Schwellwertschalter 19 und 20 (Figur 7c und d) ihr Ausgangssignal ändern, was bedeutet, daß mit der Lambda gleich Eins-Regelung die Schadstoff-Komponenten im Abgas reduziert werden müssen. Ist dies der Fall, dann steht am Ausgang von Und-Gatter 23 und Oder-Gatter U9 ein positives Potential, das Relais 26 schaltet wieder den Wechselschalter U2 in die Stellung des Zweipunkt-Reglers Uo um. Da jedoch der Reglerausgang des Zweipunkt-Reglers Uo während der Magerregelung am Fettanschlag steht (Figur 7j), muß der Ausgang des Zweipunkt-Reglers Uo für eine kurze Zeit über das Zeitglied U7 und die Schalteinheit U5 (Figur 8) auf Steuerung gesetzt werden. Um wiederum einen sanften Übergang von Magerregelung auf Lambda gleich Eins-Regelung zu gewährleisten im Hinblick auf den gewünschten Fahrkomfort, darf der Ausgang des Zweipunkt-Reglers Uo nicht sofort auf Lambda gleich Eins gesetzt werden, sondern muß auf geringfügig neben Lambda = 1,2 z.B. Lambda = 1,15 gesetzt werden. Hierzu wird nach Figur 8 über das Zeitglied U7, das vom Ausgang des Oder-Gatters U9 getriggert wird, mit einem positiven Impuls in der -Schalteinheit U5 den Transistoren 70 und 71 angesteuert. Der leitende Transistor 70 überbrückt den Kondensator 63 und macht den Zweipunkt-Regler unwirksam. Der leitende Transistor 71 überbrückt Widerstand 67 und damit stellt sich am Regelausgang eine
- *i5
Spannung ein, die durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 6k und 66 bestimmt wird. Diese Spannung ist so gewählt, daß das anschließende Stellglied eine Luftzahl von Lambda = 1,15 ansteuern kann.
Ist die eingestellte Zeitdauer des ersten Zeitglieds kj vorbei (Figur 7J)5 dann sperren die beiden Transistoren 70 und 71 in der Schalteinheit kj, so daß der Zweipunkt-Regler up einen spannungsmäßig höheren Arbeitspunkt regeln kann, der dann durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 6k, 66 und 6f gegeben ist. Der Zweipunkt-Regler 1+0 folgt anschließend der gleitenden Sollwertgröße entsprechend der Auslegung von Widerstand 27 und Kondensator 28 einer e-Funktion auf den Regelarbeitspunkt 500 Millivolt, so daß eine Lambda gleich Eins?; Regelung möglich ist. (Figur 7i und Figur 7j)· Von der Brennkraftmaschine ausgestoßene hohe- Abgaswerte werden durch das 3-Wege-Katalysatorsystem drastisch reduziert.
Das umgekehrte Signalverhalten ergibt sich, wenn der obere Drehzahl- und Lastbereich wieder unterschritten wird und als Folge dessen die Schwellwertschalter 19 und 20 wieder umkippen.
Die beiden vorstehenden Ausführungsbeispiels betreffen das Wesentliche bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine, wobei heutige Selbstverständlichkeiten, wie z.B. ein Tiefpaßfilter nach der Sonde 11 weggelassen sind.
Wesentlich gegenüber dem bisher Bekanntem ist, daß nur mit einer Sonde, mit einer Lambda gleich Eins-Regelung und einem Katalysatorsystem unterhalb und/oder oberhalb dem Teillastbereich schädliche Abgase erheblich reduziert werden und im unkritischen Teillastbereich mit
- rf -
einer Magerregelung ein Kraftstoffverbrauchsoptimum
erzielbar ist. Dabei verläuft entsprechend der Erfindung der Übergang zwischen den beiden Regelungsarten
gleitend, um starke Drehzahlschwankungen zu verhindern.
Durch die Beheizung einer Lambda-Sonde wird der Magerast der Sondenkennlinie ausreichend stabil, so daß
nur eventuell mit einem einfachen RC-Gied eine Temperaturkompensation über der Drehzahl der Brennkraftmaschine erforderlich ist (Figur k). Für die Lambda gleich Eins-Regelung ist keine Temperaturkompensation erforderlich, da hier die Sonde mit einer Genauigkeit im Promille-Bereich ohnehin arbeitet.
Die angegebenen Ausführungsbeispiele sind in analoger
Schaltungstechnik angegeben. Wesentlich erscheint, daß
die Erfindung nicht von der Art der Signalverarbeitung, ob digital oder analog, zusammenhängt, sie sich somit
auch mit digitalen Mitteln sowie mit einem Rechner realisieren läßt.
Wichtig ist noch zu erwähnen, daß ein über ein Kennfeld (Drehzahl, Druck, Luftmenge, Zündung) gesteuertes Magerkonzept durch atmosphärische Veränderungen (Luftdruck,
Temperatur, Feuchtigkeit) sowie Schwankungen von Kraftstoff Qualität beeinflußt wird.
Mit einer λ-Sonde (7L = 1 und Magersonde) kann unmittelbar die exakte Sauerstoffkonzentration im Abgas festgestellt werden, so daß dieser Wert als Regelgröße zur
Beibehaltung einer optimalen Verbrennungseinstellung
herangezogen werden kann.
Als vorteilhaft hat sich noch gezeigt, daß bei Magerregelung im unteren Teillastbereich nicht auf einen festen
17988
/V-Wert geregelt wird (z.B. Tl = 1,2), sondern über Drehzahl und Druck (Last) ein ganzes Λ-Kennfeld über Mikroprozessoren als Sollwertgröße geführt wird.
Außerdem ist noch vorteilhaft, wenn "vom Übergang von Lambda gleich Eins-Regelung auf Magerregelung die Zündung oder ein ganzes Zündkennfled so verstellt wird, daß das Fahrzeug mit guter Laufruhe weit in den Magerbereich gefahren werden kann.

Claims (1)

  1. ,179 8 8
    16.8.1982 Mü/Pi
    ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1
    Ansprüche
    /i.)Regeleinrichtung für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine mit einer Sauerstoffsonde, die im Bereich von Lambda gleich Eins einen Sprung und in wenigstens einem der Rand"bereiche ein stetiges Signalverhalten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Sprungverhalten oder stetige Signalverhalten einer einzigen Sonde
    zur Gemischregelung ausgewertet wird.
    2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise im Leerlauf und/oder ab dem
    oberen Teillastbereich das Sprungverhalten der Sonde
    regelungstechnisch ausgewertet wird.
    3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren und mittleren Teillastbereich das Gemisch stetig regelbar ist.
    k. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge zwischen den einzelnen Regelungsarten (Zweipunkt- und stetige Regelung) nach vorbestimmten Funktionen steuerbar sind.
    17
    5. Regeleinrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge zwischen den einzelnen Regelungsarten nach einer e-Funktion verlaufen.
    6. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 j dadurch gekennzeichnet, daß ein Zweipunkt-Regler ( 11+) mit steuerbarer Schwelle Verwendung findet (Figur 2).
    7. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Betriebsbereich ein Zweipunkt-Regler (Uo) oder ein stetiger Regler (U1) der Signalverarbeitung dient.
    8. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Sonde (11) bei ihrem Betrieb im mageren Bereich ein Verstärker (12) nachgeschaltet ist.
    9. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte für das Umschalten zwischen den einzelnen Regelungsarten steuerbar sind.
    10. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 j dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an einen Wechsel der Regelungsart für vorbestimmte Zeiten auf Steuerbetrieb umgeschaltet wird.
    11. Regeleinrichtung nach wenigstens einein der Ansprüche
    1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von wenigstens Last und Drehzahl ein Ti-Kennfeld Steuer- und regelbar ist.
    12. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 "bis 11 j dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise während TK -Änderungen der Zündwinkel änderbar ist.
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