DE3231122C2 - Regeleinrichtung für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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.

Aus der DE-OS 26 22 049 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Kraftstoff/Luft-Verhältnis für eine Brennkraftmaschine mit Hilfe ei­ ner solchen Sauerstoffsonde geregelt wird. Zur Regelung wird das Signal dieser Sonde mit einem Schwellwert verglichen, der in der Um­ gebung von Lambda=1 in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine verschiebbar ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Regeleinrich­ tung, die ein insbesondere in Richtung auf magere Gemischzusammen­ setzung breiteres Spektrum von Lambda regelungstechnisch abdeckt.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 oder 2 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

Fig. 1 das Ausgangssignal einer Sauerstoffsonde aufgetragen über Lambda,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Regeleinrichtung,

Fig. 3 verschiedene Impulsdiagramme zum Erläutern des Gegenstandes von Fig. 2,

Fig. 4 ein Diagramm zum Erläutern der Temperaturabhängigkeit des Sondenausgangssignals,

Fig. 5 ein Diagramm des Ansteuersignals für das Stellglied abhängig von Lambda,

Fig. 6 und Fig. 7 Schaltungsanordnung und Signalbilder eines zweiten Ausführungsbeispiels und

Fig. 8 und 9 Einzelheiten des Gegenstandes von Fig. 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist das Ausgangssignal einer Zirkon-Dioxyd- Sonde über Lambda aufgetragen. Erkennbar ist ein relativ hohes Spannungspotential bei Lambda-Werten unterhalb 1.0. Bei λ=1 folgt dann ein Spannungssprung der λ-Kennlinie, der oberhalb λ=1,0 im sogenannten Magerast ausklingt. In der Mitte des Potentialsprunges liegt die Regelschwelle für die Lambda gleich Eins-Re­ gelung (Zweipunkt-Regelung) bei etwa 500 Millivolt. Für die Magerregelung, d. h. Lambda = 1,2, liegt der Regel­ schwellenwert bei etwa 40 Millivolt.

Vor allem die Spannungswerte der Sonde sind im mageren λ-Bereich in der Regel sehr temperaturabhängig. Für regelungstechnische Zwecke verwertbare Signale erfor­ dern deshalb eine auf möglichst konstante Temperatur aufgeheizte Sonde.

Ein Teilaspekt der Erfindung besteht darin, eine ein­ zige beheizte Sonde sowohl zur Lambda gleich Eins-, als auch zur Magerregelung z. B. (Lambda = 1,2) zu verwen­ den. Damit läßt sich eine Verminderung des Kraftstoff­ 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 bei­ den Regelungsarten.

Fig. 2 zeigt ein erstes Beispiel der erfindungsge­ mäßen Regeleinrichtung, wobei der Schwerpunkt auf dem 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 unmit­ telbar und einmal mittelbar über einen Verstärker 12 zu einem Wechselschalter 13. Dessen Ausgang steht wiederum mit einem ersten Eingang eines Zweipunkt- Reglers 14 in Verbindung, der seinerseits eine Re­ gelspannung für eine Gemischbildungseinrichtung bei der Brennkraftmaschine liefert. Dies kann sowohl ein Einspritzsystem als auch ein steuerbares Ver­ gasersystem 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 Schwellwert­ schalter 19 und 20 folgen. Beide Schwellwertschalter 19 und 20 erhalten zusätzlich Vergleichssignale von Sollwertsteuerstufen 21 und 22. Ausgangsseitig sind die Schwellwertschalter 19 und 20 mit einem Und-Gatter 23 gekoppelt. Es folgt ein Oder-Gatter 24, dessen zwei­ ter Eingang über einen Leerlaufschalter 25 mit positivem Signal beaufschlagbar ist. Das Ausgangssignal des Oder- Gatters 24 steuert ein Relais 26, das den Wechselschal­ ter 13 betätigt. Außerdem führt vom Ausgang des Oder- Gatters 24 ein Tiefpaß aus einem Widerstand 27 und einem Kondensator 28 zum Sollwerteingang des Zwei­ punkt-Reglers 14. Dieser Sollwerteingang ist zusätz­ lich unmittelbar mit der Verbindungsstelle des Span­ nungsteilers 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 Fig. 2 zweckmäßiger­ weise anhand der Impulsdiagramme von Fig. 3.

Fig. 3a zeigt das Ausgangssignal des Drehzahlfunk­ tionsnetzwerkes 17. Erkennbar ist, daß während des Leerlaufs das Ausgangssignal Null ist und oberhalb der Leerlaufdrehzahl ergibt sich ein linear anstei­ gendes Ausgangssignal. Entsprechendes gilt für die Last, wobei Fig. 3b das Ausgangssignals des Funk­ tionsnetzwerkes 18 zeigt. Die Schwellwertschalter 19 und 20 geben dann je nach ihrem Einstellpunkt Signale entsprechend Fig. 3c und d ab. Fig. 3e zeigt das Ausgangssignal des Und-Gatters 23 und Fig. 3f das­ jenige des Oder-Gatters 24. Es macht deutlich, daß bei Leerlauf und ab oberem Teillastgebiet das Re­ lais 26 erregt wird, während es im unteren und mitt­ leren Teillastbereich abgefallen ist. Der nachfolgende Tiefpaß mit dem Widerstand 27 und dem Kondensator 28 sorgt entsprechend einer e-Funktion für ein Verschlei­ fen der jeweiligen Signalflanken des Oder-Gatters 24, so daß letztlich am Sollwerteingang des Zweipunkt-Re­ glers 14 ein Signal entsprechend Fig. 3g vorliegt. Schließlich zeigt Fig. 3h das Ausgangssignal des Zwei­ punkt-Reglers 14.

Im Leerlaufbetrieb (Gaspedal in Ruhestellung) ist der Leerlaufschalter 25 geschlossen, das Oder-Gatter 24 erhält an seinem Eingang Plus-Potential und schaltet es auf seinen Ausgang durch. Dies bedeutet, daß sich ein Sollwert für den Zweipunkt-Regler 14 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 so­ mit die Sondenspannung unmittelbar auf dem Istwert-Ein­ gang des Zweipunkt-Reglers 14 schaltet, ergibt sich insgesamt ein Lambda gleich Eins-Regler.

Ein Niederdrücken des Fahrpedals läßt den Leerlaufschal­ ter wieder öffnen und die Motordrehzahl wird erhöht. Das Ausgangssignal am Oder-Gatter 24 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 27 parallel liegt und somit der Sollwert des Reglers 14 auf etwa 200 Millivolt abgesenkt wird. Dieser Wert orien­ tiert sich am Ausgangssignal der Sonde beim Regelpunkt im Magerast (40 Millivolt) multipliziert um den Verstär­ kungsfaktor des Verstärkers 12 (in diesem Fall 5). Der Zweipunkt-Regler 14 regelt dann im Magerbereich z. B. bei Lambda = 1,2 auf Kraftstoffverbrauchsoptimum. Der 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 so lange 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 Schwell­ wertschalter 19 und 20 umgeschaltet, dann erhalten beide Eingänge am Und-Gatter 23 positives Signal und somit steht auch am Eingang des Oder-Gatters 24 ein postives Signal an. Das Relais 26 wird wieder erregt und der Sollwert am Sollwerteingang des Zweipunkt- Reglers 14 steigt über den Tiefpaß aus Widerstand 27 und Kondensator 28 nach einer e-Funktion wieder auf etwa 500 Millivolt an (Fig. 3g).

Die beheizte Sonde ist in der Regel sehr temperatur­ stabil, vorzugsweise dann, wenn ein PTC-Heizer ver­ wendet wird. Da aber im Abgas Temperaturschwankungen zum Teil zwischen 300°C und 800°C auftreten (im Teillastbereich 300 bis etwa 500°C), wird die Son­ denkennlinie geringfügig um einige Millivolt im heißen Abgas angehoben, was aus Fig. 4 ersichtlich ist. Dort ist das Ausgangssignal der Sonde im mageren Bereich aufgetragen bei je einem hohen und einem tiefen Abgastemperaturwert. Die Signaldifferenz be­ trägt z. B. 3 Millivolt.

Da heißes Abgas überwiegend verzögert mit zunehmen­ der Drehzahl auftritt wird der Sollwert am Sollwert­ eingang des Zweipunkt-Reglers 14 über den Tiefpaß mit dem Widerstand 32 und dem Kondensator 33 verzögert an­ gehoben und damit der geringfügige Temperatureinfluß auf die Lambda-Sonde kompensiert. Werden die eingestell­ ten 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 14 wird in bekannter Weise zu einem Stellglied einer Benzineinspritz- oder Vergaserregel-Anlage geführt. Die Spannung für die Stellglieder ist in Fig. 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 Fig. 6 dargestellt. Der wesentlichste Unterschied zum Gegenstand von Fig. 2 besteht darin, daß dort ein einziger Zweipunkt-Regler 14 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 40 und 41. Im einzelnen besteht folgender Aufbau. Die Sonde 11 als Istwertgeber steht wiederum unmittelbar mit dem Zwei­ punkt-Regler 40 und mittelbar über einen Verstärker 12a mit dem stetigen Regler 41 in Verbindung. Die Verbin­ dungsstelle der beiden Widerstände 29 und 30 dient dazu, für beide Reglerarten die Sollwerte bereitzustellen. Dem Sollwerteingang des Reglers 41 ist noch ein Verstärker 12b vorgeschaltet. Ausgangsseitig folgt den beiden Re­ glern 40 und 41 ein vom Relais 26 betätigter Wechsel­ schalter 42 (kann auch als Halbleiterschalter verwendet werden), dessen Ausgang wiederum den Ausgang der ge­ samten Regelanlage bildet. Dem Zweipunkt-Regler 40 ist eine erste Schalteinheit 45 zugeordnet, sie erhält Ein­ gangssignale von einer Sondenüberwachungsstufe 46 und von einem Zeitglied 47, das über eine Diode 48a vom Eingangssignal des Relais 26 und vom Ausgangssignal des Leerlaufschalters 25 gesteuert wird. Das Oder-Gat­ ter 24 von Fig. 2 ist beim Gegenstand von Fig. 6 als Dreifach-Oder-Gatter 49 ausgebildet, das zusätzlich über eine Diode 48b ein Eingangssignal von der Sonden­ überwachungsschaltungsanordnung 46 erhält. Schließlich steuert das Ausgangssignal dieses Oder-Gatters 49 noch über ein Zeitglied 50 und eine Schalteinheit 51 den ste­ tigen Regler 41. Erklärt wird der Gegenstand von Fig. 6 vorteilhafterweise anhand der in Fig. 7 dargestell­ ten Signaldiagramme, wobei die einzelnen Signalverläufe bei Fig. 6 eingetragen sind.

Im Hinblick auf die Tatsache, daß bei Magerregelung das Sonden-Ausgangssignal eine relativ kleine Steigung auf­ weist, ist es vorteilhaft, in diesem Fall einen steti­ gen Regler zu benutzen, mit dem eine größere Regelge­ nauigkeit erreicht wird. Außerdem werden mit dem steti­ gen Regler 41 Lambda-Störgrößen, die vom eingestell­ ten Sollwert abweichen, schneller ausgeregelt als bei einem Zweipunkt-Regler, da mit größer werdender Regel­ abweichung die Steigung des Reglers durch den I-Anteil vergrößert und damit einer nicht erwünschten Luftzahl 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 da­ durch 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 λ = 1 gefah­ ren werden. Um dies zu realisieren, muß am Oder-Gatter 49 ein Pluspotential erfolgen, so daß das Relais 26 an­ zieht und auf den Ausgang vom Zweipunkt-Regler umschal­ tet. Dies erfolgt einmal im Leerlaufbetrieb durch den geschlossenen Leerlaufschalter 25 (bei warmer oder kal­ ter Sonde) oder bei ungenügender Betriebstemperatur der λ -Sonde und bei geöffnetem Leerlaufschalter 25 (Gas­ pedal betätigt) durch die Sondenüberwachungsschaltung 46, die an das Oder-Gatter 49 ein Pluspotential abgibt.

In beiden Fällen, wenn λ = 1 gesteuert wird, muß das Zeitglied 47 unwirksam bleiben, denn bei einem posi­ tiven Impuls am Ausgang vom Oder-Gatter 49 würde wäh­ rend der Standzeit vom Zeitglied 47 der Zweipunkt-Re­ gler auf λ = 1,15 gesetzt werden.

Das Zeitglied 47 wird einmal unwirksam durch das Pluspotential der Sondenüberwachungsschaltung 46 über die Diode 48b und zum anderen durch den Leerlaufschalter 25 mit einem Pluspotential über Diode 48a. Dioden 48a und b entkoppeln die Signale von Sondenüberwachung 46 und Leerlaufschalter 25.

Hierzu dienen beim Ausführungsbeispiel Schaltungseinzel­ heiten, die in Fig. 8 dargestellt sind. Der Zweipunkt- Regler 40 umfaßt dort einen Komparator 60, dem ein als Integrator beschalteter Operationsverstärker 61 nach­ geschaltet ist. Dazu dient ein Vorwiderstand 62 sowie ein Kondensator 63 vom Ausgang zum Minus-Eingang des Operationsverstärkers 61. Plus-seitig steht dieser Ver­ stärker 61 einmal über einen Widerstand 64 mit einer Plus-Leitung 65 und ferner über eine Reihenschaltung zweier Widerstände 66 und 67 mit der Minus-Leitung 68 in Verbindung. Parallel zu Kondensator 63 und Wider­ stand 67 liegt je ein Transistor 70 und 71, die basis­ seitig über je eine Reihenschaltung von Widerstand und Diode (72 bis 75) mit dem Ausgang des Zeitgliedes 47 verbunden sind. Über eine weitere Reihenschaltung von Widerstand 77 und Diode 78 läßt sich Transistor 70 noch zusätzlich vom Ausgang der Sondenüberwachungs­ schaltung steuern. Schließlich liegt noch vom Ausgang des Operationsverstärkers 61 als dem Ausgang des Zwei­ punkt-Reglers 40 ein Widerstand 79 gegen die Plus-Lei­ tung 65.

Bei noch nicht betriebsbereiter Sonde gibt die Sonden­ überwachungsschaltung ein positives Ausgangssignal ab, was den Transistor 70 von Fig. 8 leitend steuert. Transistor 71 bleibt gesperrt, weil das Zeitglied 47 nicht wirksam ist. Am Ausgang ergibt sich dann eine Spannung, die sich aus dem Spannungsteilerverhältnis der Widerstände 64, 66 und 67 ergibt. Sie ist so ge­ wählt, 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 lie­ fert, dann entfällt das positive Ausgangssignal der Sondenüberwachungsschaltung, so daß der Transistor 70 sperrt und damit der Zweipunkt-Regler 40 seine Regel­ tätigkeit aufnehmen kann. Da aufgrund des geschlossenen Leerlaufschalters 25 am Ausgang des Oder-Gatters 49 ein postives Potential entsteht, liegt der Sollwert am Zweipunkt-Regler 40 auf etwa 500 Millivolt, d. h. es wird Lambda gleich Eins eingeregelt, siehe Fig. 7j.

Beim Betätigen des Gaspedals öffnet der Leerlaufschal­ ter; das Ausgangssignal am Oder-Gatter 49 bricht zusam­ men und das Relais 26 bringt den Wechselschalter 42 wieder in die gezeichnete Ausgangsstellung. Der Regel­ sollwert für die beiden Regler 40 und 41 gleitet auf­ grund des Tiefpasses aus Widerstand 27 und Kondensa­ tor 28 nach einer e-Funktion auf etwa 40 Millivolt ab (siehe Fig. 7i). Da während der Lambda gleich Eins- Regelung der Reglerausgang des stetigen Reglers 41 am Mageranschlag steht (Fig. 7k), muß der stetige Regler 41 über das Zeitglied 50 und die Schaltein­ heit 51 eine kurze Zeit auf Steuerung gesetzt wer­ den (Fig. 7k). Um ein sanftes Fahrverhalten beim Übergang von der Lambda gleich Eins-Regelung auf die Magerregelung zu gewährleisten, wird der stetige Re­ gler 41 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 Fig. 9. Dort umfaßt der stetige Regler 41 einen als PI-Regler beschalteten Operationsverstärker 80, dem ein Wider­ stand 81 vor- und eine Reihenschaltung von Wider­ stand 82 und Kondensator 83 parallelgeschaltet ist. Das RC-Glied aus den Elementen 82 und 83 liegt paral­ lel zur Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 84, der basis-seitig über einen Widerstand 85 und eine Diode 86 mit dem Ausgang des Zeitgliedes 50 gekoppelt ist.

Der Plus-Eingang des Operationsverstärkers 80 steht über einen Widerstand 88 mit der Minus-Leitung 68 und über eine Reihenschaltung von Transistor 91 und Wider­ stand 90 mit der Plus-Leitung 65 in Verbindung. Der Transistor 91 wird ebenfalls ausgehend vom Zeitglied 50 über eine Diode 92 und einen Widerstand 93 ange­ steuert. Vom Ausgang des Operationsverstärkers 80 führt noch ein Widerstand 96 zur Plus-Leitung 65. Zwischen dem Ausgang des Zeitgliedes 50 und Masse liegt ferner ein Relais 94, dessen normalerweise geschlossenes Kontakt­ paar in der Leitung von Verstärker 12b und Regler 41 liegt.

Während der aus Fig. 7k ersichtlichen kurzen Steuerungs­ zeit unmittelbar im Anschluß an den Leerlaufbetrieb steuert das Zeitglied 50 mit einem positiven Impuls die Transisto­ ren 84 und 91 leitend und das Relais 94 (oder Halbleiter­ schalter) zieht an und öffnet den Kontakt 95. Dadurch wird einmal der Regler 41 unwirksam, ferner wird ein Spannungspotential am Plus-Eingang des Operationsverstär­ kers 80 gebildet aufgrund des leitenden Transistors 91. Dieses Spannungsteilerverhältnis ist dann so gewählt, z. B. 5 V, daß das am Reglerausgang angeschlossene Stell­ glied mit Lambda = 1,05 angesteuert wird. Nach Ablauf der durch das Zeitglied 50 bestimmten Zeitdauer sperren die beiden Transistoren 84 und 91 wieder: das Relais 94 fällt ab und schließt seinen Kontakt 95, so daß der stetige Regler 41 um einen spannungsmäßig niedrigen Ar­ beitspunkt regeln kann, der dann durch den Spannungs­ teiler aus den Widerständen 87 und 88 und Verstärker 12b gebildet wird. Anschließend wird der stetige Re­ gler 41 durch die gleitende Sollwertgröße über 20fachen Verstärker 12b auf einen Regelarbeitspunkt von etwa 400 Millivolt geführt (Fig. 7k). Dies deshalb, weil der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 12a 10 beträgt und die Sondenspannung auf diesem Punkt des Magerastes 46 Millivolt beträgt. Der Sollwert wird deshalb um das 20fache verstärkt, damit mit dem Widerstand 87 der genaue Sollwert abgeglichen werden kann, nämlich 400 mV.

Die Brennkraftmaschine wird während des unkritischen Teillastbereichs bei geringen Abgaswerten im Magerbe­ trieb auf Kraftstoffverbrauchsoptimum geregelt, bis die beiden Schwellwertschalter 19 und 20 (Fig. 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-Gat­ ter 49 ein positives Potential, das Relais 26 schaltet wieder den Wechselschalter 42 in die Stellung des Zwei­ punkt-Reglers 40 um. Da jedoch der Reglerausgang des Zweipunkt-Reglers 40 während der Magerregelung am Fett­ anschlag steht (Fig. 7j), muß der Ausgang des Zwei­ punkt-Reglers 40 für eine kurze Zeit über das Zeitglied 47 und die Schalteinheit 45 (Fig. 8) auf Steuerung ge­ setzt werden. Um wiederum einen sanften Übergang von Ma­ gerregelung auf Lambda gleich Eins-Regelung zu gewähr­ leisten im Hinblick auf den gewünschten Fahrkomfort, darf der Ausgang des Zweipunkt-Reglers 40 nicht sofort auf Lambda gleich Eins gesetzt werden, sondern muß auf ge­ ringfügig neben Lambda = 1,2, z. B. Lambda = 1,15, gesetzt werden. Hierzu werden nach Fig. 8 über das Zeitglied 47, das vom Ausgang des Oder-Gatters 49 getriggert wird, mit einem positiven Impuls in der Schalteinheit 45 die 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 Spannung ein, die durch den Spannungsteiler aus den Wi­ derständen 64 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 47 vorbei (Fig. 7j), dann sperren die beiden Transistoren 70 und 71 in der Schalteinheit 45, so daß der Zweipunkt- Regler um einen spannungsmäßig höheren Arbeitspunkt re­ geln kann, der dann durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 64, 66 und 67 gegeben ist. Der Zweipunkt- Regler 40 folgt anschließend der gleitenden Sollwert­ größe entsprechend der Auslegung von Widerstand 27 und Kondensator 28 einer e-Funktion auf den Regelarbeits­ punkt 500 Millivolt, so daß eine Lambda gleich Eins- Regelung möglich ist (Fig. 7i und Fig. 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 Ausführungsbeispiel betreffen das Wesentliche bei der erfindungsgemäßen Regeleinrich­ tung für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftma­ schine, 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 redu­ ziert werden und im unkritischen Teillastbereich mit einer Magerregelung ein Kraftstoffverbrauchsoptimum erzielbar ist. Dabei verläuft entsprechend der Erfin­ dung der Übergang zwischen den beiden Regelungsarten gleitend, um starke Drehzahlschwankungen zu verhindern.

Durch die Beheizung einer Lambda-Sonde wird der Mager­ ast der Sondenkennlinie ausreichend stabil, so daß nur eventuell mit einem einfachen RC-Glied eine Tempera­ turkompensation über der Drehzahl der Brennkraftmaschine erforderlich ist (Fig. 4). Für die Lambda gleich Eins- Regelung ist keine Temperaturkompensation erforderlich, da hier die Sonde mit einer Genauigkeit im Promille-Be­ reich 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 re­ alisieren läßt.

Wichtig ist noch zu erwähnen, daß ein über ein Kennfeld (Drehzahl, Druck, Luftmenge, Zündung) gesteuertes Mager­ konzept durch atmosphärische Veränderungen (Luftdruck, Temperatur, Feuchtigkeit) sowie Schwankungen von Kraft­ stoffqualität beeinflußt wird.

Mit einer λ-Sonde (λ = 1 und Magersonde) kann unmittel­ bar die exakte Sauerstoffkonzentration im Abgas festge­ stellt werden, so daß dieser Wert als Regelgröße zur Beibehaltung einer optimalen Verbrennungseinstellung herangezogen werden kann.

Als vorteilhaft hat sich noch gezeigt, daß bei Magerre­ gelung im unteren Teillastbereich nicht auf einen festen λ-Wert geregelt wird (z. B. λ = 1,2), sondern über Dreh­ zahl und Druck (Last) ein ganzes λ-Kennfeld über Mikro­ prozessoren als Sollwertgröße geführt wird.

Außerdem ist noch vorteilhaft, wenn vom Übergang von Lambda gleich Eins-Regelung auf Magerregelung die Zündung oder ein ganzes Zündkennfeld so verstellt wird, daß das Fahrzeug mit guter Laufruhe weit in den Magerbereich gefahren werden kann.

Claims (9)

1. Regeleinrichtung zur Regelung der Gemischzusammensetzung für eine Brennkraftmaschine bei der in Abhängigkeit von ersten Betriebszu­ ständen der Brennkraftmaschine ein erster Sollwert in der Nähe von Lambda=1 und in zweiten Betriebszuständen wenigstens ein zweiter Sollwert für magere Gemischzusammensetzung vorgegeben wird und an einen Sollwerteingang der Regeleinrichtung gelegt wird, und bei der an den Istwerteingang der Regeleinrichtung das Ausgangssignal einer im Abgas angeordneten Sauerstoffsonde vom Nernsttyp gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den zweiten Betriebszuständen das Ausgangssignal der Sauerstoff­ sonde zusätzlich verstärkt wird und daß die Sauerstoffsonde auf näherungsweise konstanter Temperatur gehalten wird.

2. Regeleinrichtung zur Regelung der Gemischzusammensetzung für eine Brennkraftmaschine bei der in Abhängigkeit von ersten Betriebszu­ ständen der Brennkraftmaschine ein erster Sollwert in der Nähe von Lambda=1 und in zweiten Betriebszuständen wenigstens ein zweiter Sollwert für magere Gemischzusammensetzung vorgegeben wird und an einen Sollwerteingang der Regeleinrichtung gelegt wird, und bei der an den Istwerteingang der Regeleinrichtung das Ausgangssignal einer im Abgas angeordneten Sauerstoffsonde vom Nernsttyp gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffsonde auf näherungsweise konstanter Temperatur gehalten wird, daß im ersten Betriebszustand die Regeleinrichtung nur das Vorzeichen aus dem Vergleich zwischen Sollwert und Istwert und im zweiten Betriebszustand zusätzlich den Betrag der Differenz aus Soll- und Istwert zu Regelung auswertet.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Betriebszustände Leerlauf und oberer Lastbereich und die zweiten Betriebszustände unterer und mittlerer Lastbereich sind.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Betriebszustände zusätzlich in Abhängigkeit von der Drehzahl unterschieden werden.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wechsel zwischen den Betriebszuständen die Änderung von dem einen zum anderen Sollwert gleitend erfolgt.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung nach einer e-Funktion verläuft.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wechsel zwischen den Betriebszuständen kurzfristig von Regelung auf Steuerung umgeschaltet wird.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sollwert aus einem Kennfeld wenigstens abhängig von Last und Drehzahl ausgelesen wird.

9. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wechsel zwischen Betriebs­ zuständen der Zündwinkel der Brennkraftmaschine geändert wird.