DE3537530A1

DE3537530A1 - Anordnung zum regeln des luft-brennstoff-verhaeltnisses eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3537530A1
Application number: DE19853537530
Authority: DE
Inventors: Kazuo Musashino Tokio/Tokyo Hara; Kiyoshi Fuchu Tokio/Tokyo Ohtaki
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1985-10-22
Publication date: 1986-04-24
Also published as: JPS61101642A; DE3537530C2; GB2168180B; GB2168180A; GB8525889D0; US4651695A

Description

5/199 Fuji Jukogyo K.K,

• 3 ·

Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-VerhäLtnisses eines Verbrennungsmotors

Priorität: 22. Oktober 1984 Japan 59-222631

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, die das Luft-Brennstoff-Gemisch auf das stöchiometrisehe Luft-Brennstoff-Verhältnis regelt,, bei welchem Verhältnis ein Dreiwegkata Iysator am wirkungsvollsten arbeitet.

Bei einer bekannten Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-VerhäLtnisses für ein Kraftfahrzeug wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis des in den Motorzylindern verbrannten Luft-Brennstoff -Gemischs als Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen mittels eines O_?-Fühlers festgestellt, der in dem Auspuffsystem des Motors vorgesehen ist, und eine Beurteilung wird in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des O^-Fühlers durchgeführt, die angibt, ob das Luft-Brennstoff-VerhäItnis fetter oder magerer als der Wert entsprechend dem stöchiometrisehen Luft-' Brennstoff-Verhältnis ist, um ein Regelsignal zu erzeugen. Das Regelsignal wird einem Proportional- und Integrationskreis (PI-Kreis) zugeführt, dessen Ausgangssignal an einen Komparator angelegt wird. Der Komparator vergleicht das Ausgangssignal des PI-Kreises mit einem Dreieckimpu I szug, um Rechteckwellenimpulse zu erzeugen. Die Impulse betätigen ein Elektromagnetventil, um die Menge der entnommenen Luft in dem Vergaser zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches zu regeln.

Fig. 3 zeigt Wellenformen an dem Komparator. PI bezeichnet ein Ausgangssignal des PI-Kreises, nachfolgend mit PI-Wert bezeichnet, und T zeigt einen Dreieckimpulszug. Der Komparator

-Y-

erzeugt Rechteck impulse SP als Ergebnis des Vergleichs. Wie die Figur zeigt, wird das Tastverhältnis der Rechteckimpu I se durch den Pegel des PI-Werts bestimmt. Die Neigung des PI-Werts steigt mit der Vergrößerung der Konstanten des PI-Kreises an. Wenn demgemäß die Konstante erhöht wird, ändert sich das Tastverhältnis sehr schnell. Wenn das Tastverhältnis der Impulse verringert wird, wird das Luft-Brennstoff-Gemisch angereichert. Das Luft-Brennstoff-Verhältnis kann somit auf das stöchiometrisehe Luft-Brennstoff-Verhältnis geregelt werden, bei dem ein Dreiwegkatalysator in dem Auspuffsystem am wirkungsvollsten arbeitet. Wenn bei einer solchen Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses das Fahrzeug beschleunigt wird, neigt das Luft-Brennstoff-Verhältnis dazu, von dem stöchiometrischen Luft- . Brennstoff-Verhältnis abzuweichen.

Um das abgewichene Luft-Brennstoff-VerhäItnis sehr schnell auf das stöchiometrisehe Luft-Brennstoff-VerhäItnis zu konvergieren, wird die Konstante des PI-Kreises auf einen großen Wert geändert. Die Konstante des PI-Kreises wird stufenweise auf verschiedene Werte in Übereinstimmung mit den Antriebszuständen des Fahrzeugs geändert. Die Konstante des PI-Kreises wird auf einen kleinen Wert im Motor Leerlaufbetrieb verringert, da sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis im Leerlauf nicht stark ändert.

Folglich werden eine erste Konstante für den Leerlaufbetrieb, eine zweite Konstante für den stetigen Zustand, bei dem das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit gefahren wird, und eine dritte Konstante für die Beschleunigung des Motors vorgesehen. Die zweite Konstante wird so ausgewählt, daß sie einen Wert zwischen der ersten und der dritten Konstante hat.

Andererseits hat im allgemeinen ein Vergaser keine ebene Lastkennlinie. Wenn nämlich der Motor beschleunigt wird, verzögert sich die Brennstoffzuführung, wodurch das Luft-Brennstoff-Gemisch mager wird. Wenn folglich der Motor während des Betriebs

innerhalb des BeschLeunigungsbereichs, der durch die zweite Konstante geregelt wird, beschleunigt wird, spricht das Luft-Brennstoff-Gemisch nicht schnell auf die Beschleunigung wegen der kleinen Konstanten an. Wenn jedoch die zweite Konstante auf einen größeren Wert eingestellt wird, ändert sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis ansprechend auf eine geringe Beschleunigung sehr stark. Ein solcher Vorgang bewirkt ein überschwingen der RückkopplungsregeLung, was die.Fahrfähigkeit des Fahrzeugs und die EmissionsregeLung verschlechtert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zu schaffen, die ein überschwingen der Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses vermeidet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Für die Erfindung ist somit wesentlich ein Kreis zum Verringern der Konstante des PI-Kreises, wenn das Fahrzeug für eine vorbestimmte Zeitdauer im stetigen Zustand gefahren wird.

Oie -Erfindung 'wird beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert, indersind

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Regeln

des Luft-Brennstoff-Verhältnisses nach der Erfindung, Fig. 2 ein Blockscha I tbi Id der elektrischen Regelschaltung der

Er f i ndung,
Fig. 3 Darstellungen von Wellenformen der AusgangssignaLe des

PI-Kreises und eines Komparators, Fig. A ein Flußdiagramm der Arbeitsweise einer weiteren

Ausführungsform der Erfindung und Fig. 5a bis 5d DarsteI Lungen von Wellenformen an bestimmten Punkten der Anordnung der Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist ein Vergaser 1 nahe einer Ansaugverzweigung 20 eines Verbrennungsmotors 2 vorgesehen. Ein Korrektür LuftkanaL 8 steht in Verbindung mi't einer Luftöffnung 7, die in einem Hauptbrennstoff kana L 6 zwischen einer Schwimmerkammer 3 und einer Düse 5 in einem Venturirohr 4 vorgesehen ist. Ein weiterer KorrekturluftkanaI 13 steht in Verbindung mit einer weiteren Luftöffnung 12, die in einem Leerlaufbrennstoffkanal 11 ν ο r g e sehen ist,- der von dem Hauptbrennstoff kana I 6 abzweigt und sich zu einer Leer laufmündung 10 in der Nähe des Drosselventils 9 erstreckt. Die KorrekturluftkanäIe 8 und 13 stehen in Verbindung mit Ein-Aus-Elektromagnetventilen 14 und 15, deren Ansaugseiten in Verbindung mit der Atmospäre über einen Luftreiniger 16 stehen. Ein katalytischer Dreiwegkonverter 18 ist in einem Auspuffrohr 17 stromabwärts des Motors vorgesehen und ein 0 -Fühler 19 ist zwischen dem Motor 2 und dem Konverter 18 vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase zu bestimmen, wenn das Luft-Brennstoff-Gemisch in dem Motor verbrannt wird. Ein Vakuumfühler 21 ist in der Ansaugverzweigung 20 stromabwärts des Drosselventils 9 vorgesehen.

Die Ausgangssignale des O_?-Fühlers 19 und des Vakuumfühlers 21 werden zu einer Regeleinheit 30 gesandt, die Impulse erzeugt, um die Elektromagnetventi Ie 14 und 15 zu deren öffnen und Schließen mit bestimmten Tastverhältnissen zu betätigen. Somit wird entweder eine wesentliche Luftmenge dem Brennstoffsystem über die Luftkorrekturkanäle 8 und 13 zugeführt, um ein mageres Luft-Brennstoff -Gemi sch zu erzeugen, oder es wird eine kleine Luftmenge der Anordnung zugeführt, um das Luft-Brennstoff-Gemisch anzurei ehern.

Fig. 2 zeigt die Ausbildung der Regeleinheit 30 mit einem Rückkopplungsregelkreis. Das Ausgangssignal des O^-Fühlers 19 wird an einen PI(Proportional- und Integrations)-Kreis 32 über einen Komparator 31 angelegt.

Im allgemeinen ändert sich das Luft-Brennstoff-VerhättniS zyklisch in bezug auf das stöchiometrisehe Luft-Brennstoff-Verhältnis. Das Ausgangssignal des O^-Fühlers 19 hat demgemäß eine Wellenform mit einer konstant en We 11 en länge. Das Ausgangssignal wird mit einem Bezugswert in dem Komparator 31 verglichen, der Impulse in Abhängigkeit von der Wellenform erzeugt. Die Impulse werden dem PI-Kreis 32 zugeführt, so daß der PI-Kreis ein Ausgangssignal mit einer Wellenform erzeugt, die mit PI in Fig. 3 gezeigt ist. Das Ausgangssignal des PI-Kreises 32 wird an einen Impu I serzeugungskreis 35 angelegt, der das Ausgangssignal des PI-Kreises 32 mit Dreieckwellenimpulsen T vergleicht und Rechteckwellenimpulse SP erzeugt, siehe Fig. 3. Die Rechteckwellenimpulse werden den Elektromagnet vent ilen 14 und 15 über einen Treiber 36 zum Betätigen der Ventile zugeführt.

Wenn ein fettes Luft-Brennstoff-Gemisch festgestellt wird, erzeugt der PI-Kreis 32 einen ins Positive gehenden Pl-Wert, so daß das Tastverhältnis der Impulse SP groß wird, siehe Fig. 3, um das Gemisch zu verdünnen. Bei einem mageren Luft-Brennstoff-Gemisch erzeugt der PI-Kreis einen ins Negative gehenden Pl-Wert, der bewirkt, daß sich das Tastverhältnis verringert, um das Gemisch anzureichern.

Der PI-Kreis 32 ist mit einem Konstantenkorrekturkreis 33 verbunden, der verschiedene KonstantenkorrektursignaIe einschließt ι ch ■ e.i ner Konstanten für Leerlauf und einer Konstanten für Beschleunigung erzeugt.

Der PI-Kreis 32 ist des weiteren e I ektrisch mit ersten und zweiten Korrektursigna lerzeugungskreisen 34 und 37 über einen Umscha Itkreis 38 verbunden. Der erste Korrektursigna lerzeugungskreis 34 erzeugt ein erstes Konstantenkorrektursignat für den stetigen Zustand, bei dem das Fahrzeug mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit gefahren wird, und der zweite

— /6 —

KorrektursignaLerzeugungskreis 3 7 erzeugt ein zweites Konstantenkorrrektursignal für eine geringe Beschleunigung im stetigen Zustand. Das erste KonstantenkorrektursignaL bewirkt nämlich, daß sich die Konstante des PI-Kreises 32 auf einen kleineren Wert ändert, und das zweite KonstantenkorrektursignaL bewirkt, daß sich die Konstante auf einen größeren Wert im Vergleich mit dem ersten KonstantenkorrektursignaI ändert.

Der Ausgang des Vakuumfühlers 21 ist mit dem Differentiationskreis 40 verbunden. Das Ausgangssignal des Differentiationskreises 40 wird einem Fensterkomparatur 41 zugeführt, der ein hochpegeliges Ausgangssignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Differentiationskreises 40 sich im Bereich zwischen den Bezugsspannungen V1 und V2 befindet (Fig. 5). Das Ausgangssignal des Fensterkomparaturs 41 wird einem Zeitgeber 42 zugeführt, der auf das hochpegelige Ausgangssignal des Komparators 41 anspricht, um ein hochpegeliges Ausgangssignal zu erzeugen, wenn das hochpegelige Eingangssignal von dem Komparator 41 für eine vorbestimmte Zeitdauer (5 Sek.) andauert. Das hochpegelige Ausgangssignal des Zeitgebers 42 wird an den Umschaltkreis 38 angelegt, was die Verbindung des Ausgangs des Kreises 34 mit dem PI-Kreis 32 bewirkt.

Im Betrieb wird die Konstante des PI-Kreises 32 durch das Konstantenkorrektursignal von dem Kreis 33, 34 oder 37 in Übereinstimmung mit den Fahrzuständen korrigiert. Wenn ein fettes Luft-Brennstoff-Gemisch festgestellt wird, erzeugt der PI-Kreis 32 einen ins Positive gehenden PI-Wert, so daß Impulse mit großen Tastverhältnissen von dem Kreis 35 erzeugt werden. Das Luft-Brennstoff-Gemisch wird somit verdünnt.

Wenn gemäß Fig. 5 der Motor mit einer Größe beschleunigt oder verzögert wird, die nicht so groß ist, um eine große Konstante von dem Kreis 33 zuzuführen, ändern sich das Ansaugverzweigungsvakuum und das AusgangssignaI des Kreises 40, wie mit VL und VH bezeichnet. Die Pegel der Spannung liegen außerhalb des Bereichs

zwischen V1 und V2 des Fensterkomparaturs 41. Demgemäß ist das AusgangssignaL des Komparaturs ηiederpege I ig. Deshalb ist das AusgangssignaL des Zeitgebers niederpegeIig, was den Umschaltkreis 38 betätigt, um den Ausgang des Kreises 37 mit dem PI-Kreis 32 zu verbinden. Wenn die Ausgangsspannung des Kreises 40 innerhalb des Bereichs V1 - V2 liegt, was den stetigen Zustand des Motors bedeutet, erzeugt der Komparatur 40 ein hochpegeliges Ausgangssignal bei ti in Fig. 5c. Wenn das hochpegelige Ausgangssignal 5 Sekunden andauert, erzeugt der Zeitgeber 42 ein hochpege I iges Ausgangssignal bei t2 in Fig. 5d. Das hochpegelige Signal betätigt den Kreis 38, um den Ausgang des Kreises'34 mit dem PI-Kreis 32 zu verbinden. Somit wird die Konstante des PI-Kreises verringert, wodurch ein überschwingen der Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses verhindert werden kann.

Fig. 4 zeigt die Arbeitsweise einer anderen Ausführungs form der Erfindung, die mit einem Mikrocomputersystem versehen ist.

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

1 J Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-VerhäLtnisses eines Verbrennungsmotors mit einem Ansaugkanal, mit Einrichtungen zum Zuführen eines Luft-Brennstoff-Gemischs zu dem Motor, mit einem Elektromagnetventil zum Korrigieren des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des durch die Zuführeinrichtung zugeführten Luft-Brennstoff-Gemischs, mit einem O^-Fühler zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen, mit einem Rückkopplungsregelkreis einschließlich Komparator©!nrichtungen zum Vergleichen des Ausgangssignals des 0_?Fühle rs mit einem Bezugswert und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das auf den Vergleich anspricht, mit PI-Kreiseinrichtungen, die auf das Ausgangssignal der Komparatoreinrichtungen zum Erzeugen eines Pl-Werts ansprechen, und mit ImpuLserzeugungskrei seinrichtungen, die auf den Pl-Wert ansprechen, um Impulse zu erzeugen, deren Tastverhältnis von dem Pl-Wert abhängt, wobei die Impulse zum Aussteuern des Elektromagnetventils zum Korrigieren des Luft-Brennstoff-Verhältηisses dienen,
gekennzeichnet durch

MotorbeschLeunigungsfeststeI Leinrichtungen zum Erzeugen eines Signals in Übereinstimmung mit der Größe der Beschleunigung,

Einrichtungen zum Feststellen des stetigen Zustands, die auf das HotorbeschIeunigungssigna I ansprechen, um ein Signal des stetigen Zustands zu erzeugen, wenn das Besch leunigungssignä I innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, und

Korrektureinrichtungen, die auf das Signal des stetigen Zustands ansprechen, um die Konstante des PI-Kreises zu verringern, um ein überschwingen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zu verhindern.
2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber zum Erzeugen des Signals des stetigen Zustands, wenn das Bes ch Leuni gungssi g'na L innerhalb des vorbestimmten Bereich eine vorbestimmte Zeit andauert.