DE3312409C2

DE3312409C2 -

Info

Publication number: DE3312409C2
Application number: DE3312409A
Authority: DE
Inventors: Seiji Himeji Hyogo Jp Wataya
Original assignee: Mazda Motor Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-04-06
Filing date: 1983-04-06
Publication date: 1990-01-18
Also published as: JPS58174141A; DE3312409A1; US4452211A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln und Steuern des Luft-Brennstoff-Verhältnisse des einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Brennstoff-Gemisches nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Einrichtung zum Regeln und Steuern des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Brennstoff-Gemisches ist aus der DE-OS 31 02 645 bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung kann zwischen einem Regelbetrieb und einem Steuerbetrieb einer Brennkraftmaschine umgeschaltet werden, wobei die Steuerung auf der Grundlage eines konstanten Festwertes für den Hochlast-Betrieb erfolgt. Die Umschaltung selbst erfolgt zeitverzögert, so daß erst einige Zeit nach Beginn des Hochlastbereiches auf die Festwertsteuerung umgeschaltet wird. Eine Korrektur des dem Steuerbetrieb zugrundeliegenden Festwerts, um den Fehler des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zu korrigieren, ist hierbei jedoch nicht vorgesehen.

Aus der DE-AS 27 31 440 ist eine Kraftstoffregelvorrichtung mit geschlossener Regelschleife für eine Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zum Messen der Konzentration eines bestimmten Bestandteils der Abgase und zum Erzeugen eines entsprechenden elektrischen Signals bekannt. Diese bekannte Kraftstoffregelvorrichtung umfaßt einen Differenzverstärker zum Vergleichen des genannten elektrischen Signals mit einem Bezugssignal einer integrierenden Einrichtung zum Erzeugen eines Fehlerkorrektursignals für die das Brennstoffgemisch liefernde Einrichtung aus dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers. Ferner ist auch eine Einrichtung zum Feststellen eines bestimmten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine vorhanden, um das Fehlerkorrektursignal bei einem bestimmten Betriebszustand zu ändern. Das wesentliche dieser bekannten Kraftstoffregelvorrichtung besteht in einer Einrichtung, die das Fehlerkorrektursignal beim Feststellen des bestimmten Betriebszustandes als Meßwertsignal speichert und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche die Größe des Fehlerkorrektursignals beim erneuten Feststellen des bestimmten Betriebszustandes auf die Größe des gespeicherten Meßwertsignals ändert.

Es wird somit üblicherweise zur Verminderung der schädlichen Komponenten im Abgas einer Brennkraftmaschine ein Verfahren realisiert, bei dem derartige Komponenten im Abgas zunächst erfaßt und mittels einer Regelung geregelt werden, um ein geeignetes Luft-Brennstoff-Gemisch zu erhalten.

Bei diesem Verfahren wird beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, der Sauerstoff in den Abgaskomponenten mittels eines Abgaskomponentenfühlers 3 im Auspuffrohr 100 einer Maschine 1 erfaßt, um die Abgaskomponenten so zu regeln, daß sie unterhalb eines gewünschten Wertes bleiben.

Insbesondere wird die Regelung so durchgeführt, daß die zugeführte Grundbrennstoffmenge entsprechend einem Ausgangssignal eines Luftmengenfühlers 2 zur Erfassung der Ansaugluftmenge der Maschine 1 auf der Grundlage der von dem Abgaskomponentenfühler 3 erhaltenen Information korrigiert wird, und daß ein Brennstoff-Regelventil 6 mittels eines Schalters 11 geregelt wird.

Da das Ausgangssignal des üblicherweise verwendeten Abgaskomponentenfühlers am Punkt eines stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses der Abgaskomponenten, wie in Fig. 2 dargestellt, umgekehrt wird, wird in einer Regeleinheit 7 eine Integration bewirkt, so daß die der Maschine 1 von dem Brennstoff-Regelventil 6 zugeführte Brennstoffmenge zwischen einem reichen und einem armen Gemisch wechselt, und um einen Mittelwert Qm schwenkt.

Auf diese Weise kann das Abgas gereinigt werden, da das Luft-Brennstoff-Verhältnis in einem Bereich gehalten wird, in dem eine Abgasreinigungseinrichtung die Reinigung mit einem optimalen Wirkungsgrad mittels einer Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses durchführen kann.

Andererseits gibt es in der Regelung eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug einen Bereich, in dem die Leistung der Maschine gegenüber der Reinigung des Abgases vorrangig ist. Beispielsweise ist es, wie in Fig. 3 dar gestellt, üblich, entsprechend der Beziehung zwischen der Drehzahl und der Leistung der Maschine, daß die Regelung normalerweise in der Zone FB angewendet wird, während in einem Hochlastbetrieb, d. h. in der Hochleistungszone PE, eine Steuerung durchgeführt wird.

Beispielsweise wird der Belastungszustand der Maschine mittels eines Belastungsbestimmungsschaltkreises 10 auf der Grundlage der von dem Luftmengenfühler 2 erhalten Signale und einer Zündeinrichtung 5 bestimmt, die der Drehzahl der Maschine entspricht, wobei der Schalter 11 zu einem festen Kontakt a im Bereich niedriger Belastung und zum anderen festen Kontakt b in einem hohen Lastbereich, in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Belastungsbestimmungsschaltkreises 10 geschaltet wird.

Wenn der Schalter 11 zum festen Kontakt a geschaltet wird, wird deas Luft-Brennstoff-Verhältnis mittels der oben beschriebenen Regelung geregelt, während wenn er zum festen Kontakt b geschaltet wird, die Brennstoffmenge mittels einer Steuerung gesteuert wird, so daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis mittels einer Steuereinheit 9 auf einen vorbestimmten Wert gesteuert wird.

In dem Steuerbetrieb kann infolge der Fehler im Luftmengenfühler 2, des Brennstoffregelventils 6 usw. jedoch ein Fehler bewirkt werden, so daß, um diesen Fehler zu korrigieren, ein Korrekturkoeffizient in Bezug auf die Grundbrennstoffregelmenge während der Regelung im FB-Bereich in einen Speicher 8 eingelesen und gespeichert wird, um auf dieser Grundlage eine Steuerung durchzuführen.

Mittels der oben beschriebenen Einrichtung kann der im Laufe der Zeit bewirkte Fehler des Brennstoffregelventils 6 und/oder des Luftmengenfühlers 2 bis zu einem gewissen Maß berichtigt werden. In der PE-Zone (sh. Fig. 3) ist die Korrektur nicht immer geeignet, da die Korrektur auf der Grundlage der Ergebnisse der Regelung in der FB-Zone durchgeführt wird. Dies liegt daran, daß der Arbeitsbereich sowohl des Luftmengenfühlers 2 als auch des Brennstoffregelventils 6 zwischen der FB- und PE-Zone veränderlich ist, und daher in vielen Fällen das Fehlermaß sich ebenfalls ändert, so daß der Fehler nicht vollständig in der PE-Zone korrigiert werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung zum Regeln und Steuern des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Brennstoff-Gemisches der angegebenen Gattung zu schaffen, bei welcher der Fehler bei der Einstellung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in der Hochleistungsphase, während der ein Steuerbetrieb stattfindet, wirksam vermindert werden kann, um so den Wirkungsgrad sowie das Übergangsverhalten zwischen Regelbetrieb und Steuerbetrieb der Brennkraftmaschine zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer üblichen Luft-Brennstoff-Regelvorrichtung;

Fig. 2 und 3 Diagramme zur Darstellung der Arbeitsweise der Luft-Brennstoff-Regelvorrichtung nach der bekannten Technik und gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Blockdiagramm der Luft-Brennstoff-Regelvorrichtung gemäß der Erfindung, und

Fig. 5a bis d Kennlinien zur Darstellung der Arbeitsweise der Einrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, in dem gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die nicht noch einmal im einzelnen beschrieben werden. Aus dem Vergleich von Fig. 4 mit Fig. 1 ist ersichtlich, daß die mit den Bezugsziffern 1 bis 10 und 100 bezeichneten Teile denen in Fig. 1 gleichen und nur die mit den Bezugsziffern 12 ff. bezeichneten Teile erfindungsgemäß neu sind.

D. h. in Fig. 4 bezeichnet die Bezugsziffer 12 ein Zeitglied zur Regelung der Zeit der Betriebsdauer der Feedback-Regelung in der PE-Zone, wobei das Ausgangssignal eines Belastungsbestimmungsschaltkreises 10 diesem Zeitglied 12 zugeführt wird. Das Zeitglied 12 ist weiter über einen Schalter 13 mit dem Pluspol einer Batterie 14 verbunden, deren Minuspol geerdet ist. Der oben beschriebene Schalter 11 wird mittels des Zeitgliedes 12 geschaltet.

Die Arbeitsweise einer derartig angeordneten Einrichtung soll nun unter Bezugnahme auf die Diagramme in Fig. 5a bis d beschrieben werden. Nach dem Start der Maschine 1 wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis mittels einer Steuerung OPN in der Zeitdauer t₀ bis t₁ während der Zeit steuert, während der die Temperatur des Abgases niedrig ist, wie dies in Fig. 5b gezeigt ist und eine ausreichende Leistung von dem Abgaskomponentenfühler 3 nicht erhalten werden kann.

Wenn sich die Maschine ausreichend erwärmt hat, so daß ein ausreichender Ausgang vom Abgaskomponentenfühler 3 erhalten wird, wird einen Regelung FB von der Zeit t₁ durchgeführt. Darauf arbeitet das Zeitglied 12, obwohl der Belastungsbestimmungsschaltkreis 10 eine vorbestimmte PE-Zone bei der Zeit t₂ unter Bezugnahme auf die Leistung der Maschine erfaßt, um den Schalter 11 bei dem festen Kontakt a eine bestimmte Zeitdauer nachdem die PE-Zone zum ersten Mal nach dem Einschalten eines Schalters 13 erfaßt wurde, zu halten, so daß die Regelung für die Zeit t₂ bis t₃ durchgeführt wird.

Nach der Zeit t₃ bewirkt der Ausgang des Zeitglieds 12 ein Umschalten des Schalters 11 zum festen Kontakt b, so daß die Steuerung mittels der Steuereinheit 9 für die Zeitdauer von t₃ bis t₄ durchgeführt wird, so daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis einen vorbestimmten Wert einnimmt, der mittels des Auslesens einer Brennstoffeinstellmenge aus dem Speicher 8 bestimmt wird, die einer Berichtigung der Fehler im Brennstoffregelventil 6 und der Maschine 1 unterworfen wurde, die während der Regelung in der Zeitdauer von t₂ bis t₃, d. h. innerhalb der PE-Dauer erfaßt wurden.

Somit wird, wenn die Maschine im Hochlastbereich nach dem Aufwärmen nach dem Start betrieben wird, die Brennstoffmenge so geregelt, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis den stöchiometrischen Wert auf der Grundlage des Ausgangs des Abgaskomponentenfühlers 3 annimmt, und zwar für eine bestimmte Zeitdauer nach Beginn des Hochlastbereichs, während die Fehler in dem System ausgeschaltet werden, und die Brennstoffregelmenge zu dieser Zeit gespeichert wird. Nach der vorbestimmten Zeitdauer kann man ein Luft-Brennstoff-Verhältnis gewünschter Anreicherung durch Multi plizieren der gespeicherten Brennstoffregelmenge mit einem vorbestimmten Korrekturkoeffizienten erreichen, wobei der Fehler auf ein Mindestmaß heruntergesetzt wird.

Obwohl der Luftmengenfühler 2 als Einrichtung zur Erfassung des Belastungszustandes der Maschine 1 verwendet wird, können andere Einrichtungen zum Erfassen anderer Parameter, wie z. B. der Druck im Ansaugrohr mit der gleichen Wirkung verwendet werden.

Wie beschrieben wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung unter vorbestimmten Bedingungen entsprechend einem geringen Belastungszustand eine Regelung auch in der PE-Zone durch Erfassen der Abgaskomponenten durchgeführt, und darauf eine Steuerung in der PE-Zone auf der Grundlage der Ergebnisse durchgeführt, die man während dieser Regelung erhalten hat, so daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis in einer Hochleistungszone kontinuierlich mit dem Vorteil korrigiert werden kann, daß der Fehler im Luft-Brennstoff-Verhältnis so klein wie möglich gehalten wird, so daß man die maximale Leistung der Maschine bei einer optimalen Brennstoffmenge erhält.

Claims

1. Einrichtung zum Regeln und Steuern des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine (1) zugeführten Luft-Brennstoff-Gemisches, mit einer Einrichtung (3) zum Messen von Abgaskomponenten, wobei während vorbestimmter, Betriebszuständen der Maschine (1) entsprechender Zeiträume eine Regelung der zugeführten Brennstoffmenge in Abhängigkeit der gemessenen Abgaskomponenten durchgeführt wird, während der Regelung ein Korrekturkoeffizient zur Korrektur der Brennstoffmenge gewonnen und abgespeichert wird, während vorgegebener, Hochlastbetriebszuständen der Maschine (1) entsprechender Zeiträume eine Steuerung der zugeführten Brennstoffmenge unter Verwendung des abgespeicherten Korrekturkoeffizienten durchgeführt wird, wobei die Umschaltung von Regelung auf Steuerung erst nach Ablauf einer bestimmten Zeit nach Beginn des Hochlastbetriebes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturkoeffizient, mit dem die Steuerung durchgeführt wird, im Zeitraum vom Beginn des Hochlastbetriebes der Maschine (1) bis zum Umschalten von Regelbetrieb auf Steuerbetrieb gewonnen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen Belastungsbestimmungsschaltkreis (10) zur Bestimmung der Belastung der Maschine auf der Grundlage von Eingangsmaschinenparametern aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen Speicher (8) zur Speicherung des Ergebnisses der Brennstoffmengenberechnung während des Regelbetriebs aufweist, der mit dem Regelkreis verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Schalter (11) zur Auswahl eines Ausgangssignals entweder des Regelkreises oder des Steuerkreises und durch ein Zeitglied (12) zur Steuerung des Schalters (11), wobei das Zeitglied (12) den Ausgang eines Regelsignals zum Schalten des Steuerkreises für die bestimmte Zeitdauer, nachdem die Maschine (1) mit Hochlast betrieben wird, mindestens das erste Mal nach dem Starten, verzögert.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (12) ein Ausgangssignal des Belastungsbestimmungsschaltkreises (10) aufnimmt.