DE3537530C2

DE3537530C2 -

Info

Publication number: DE3537530C2
Application number: DE3537530A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Fuchu Tokio/Tokyo Jp Ohtaki; Kazuo Musashino Tokio/Tokyo Jp Hara
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1985-10-22
Publication date: 1990-04-19
Also published as: US4651695A; GB8525889D0; GB2168180B; DE3537530A1; GB2168180A; JPS61101642A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln des Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 31 00 457 bekannt. Auch aus der DE-OS 31 24 676 ist es bekannt, daß man die Inte grationskonstanten bei Beschleunigung der Maschine und im ste tigen Zustand den Bedürfnissen anpassen kann. Bei beiden An ordnungen dreht es sich also um Regelungen, bei denen das Ge misch in Abhängigkeit von einem Ist-Wert eingestellt wird, der über einen O₂-Fühler im Abgaskanal des Motors gewonnen wird. Zur Gewinnung des Soll-Wertes wird das Ausgangssignal dieses O₂-Fühlers einem PI-Kreis zugeführt, dessen Ausgangs signal an einen Komparator angelegt wird. Der Komparator vergleicht das Ausgangssignal des PI-Kreises mit einem Drei ecksimpulszug, so daß ein Rechtecksignal entsteht. Über dieses Rechtecksignal werden Elektromagnetventile zum Regeln des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches angesteuert.

Die Signalverläufe sind in Fig. 3 gezeigt. PI bezeichnet ein Ausgangssignal des PI-Kreises, das nachfolgend mit PI-Signal bezeichnet wird. T zeigt einen Dreiecksimpulszug. Der Kompara tor erzeugt Rechteckimpulse SP als Ergebnis des Vergleichs. Wie die Figur zeigt, wird das Tastverhältnis der Rechteckim pulse durch den Pegel des PI-Signals bestimmt. Die Steigung des PI-Signals steigt mit der Vergrößerung der Konstanten des PI-Kreises an. Wenn die Konstante erhöht wird, ändert sich so mit das Tastverhältnis sehr schnell. Wenn das Tastverhältnis der Impulse verringert wird, wird das Luft/Brennstoff-Gemisch angereichert. Das Luft/Brennstoff-Gemisch wird somit auf das stöchiometrische Gemisch geregelt, bei welchem ein Dreiweg katalysator im Abgassystem am wirkungsvollsten arbeitet. Wenn bei einer solchen Anordnung das Fahrzeug beschleunigt wird, kommt es leicht zu Abweichungen des Ist-Gemisches vom Soll-Gemisch (stöchiometrisches Verhältnis).

Um nun das Gemisch möglichst schnell auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bringen, wird die Konstante des PI-Kreises auf einen großen Wert gebracht. Hierbei wird die Konstante stufenweise auf verschiedene Werte in Übereinstim mung mit den Betriebszuständen des Fahrzeugs geändert. Im Leer laufbetrieb wird die Konstante des PI-Kreises auf einen klei nen Wert eingestellt, da sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis im Leerlauf nicht stark ändert.

Es werden somit eine erste Konstante für den Leerlaufbetrieb und 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.

Wenn der Motor innerhalb eines, dem stetigen Zustand entspre chenden Beschleunigungsbereichs, welcher der zweiten Konstan te entspricht, beschleunigt wird, so erfolgt die Korrektur des Luft/Brennstoff-Gemisches entsprechend der Beschleunigung we gen der vorliegenden kleinen Konstante nicht schnell genug. Wenn die zweite Konstante jedoch auf einen größeren Wert ein gestellt wird, so ändert sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis auch bei einer geringeren Beschleunigung sehr stark. Dies wie derum führt zu einem Überschwingen der Regelung, was das Fahr verhalten und die Abgasemission des Fahrzeugs verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei ei ner geringeren Beschleunigung ein Überschwingen der Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses vermieden und eine schnelle Regelung gewährleistet werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Luft-Brennstoff-Verhältnisses nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Regelschaltung der Ausführungsform,

Fig. 3 Darstellungen von Wellenformen der Ausgangssignale des PI-Kreises und eines Komparators,

Fig. 4 ein Flußdiagramm der Arbeitsweise einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5a bis 5d Darstellungen von Wellenformen an bestimmten Punkten der Anordnung der Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist ein Vergaser 1 in einem Ansaugkanal 20 eines Verbrennungsmotors 2 vorgesehen. Ein Korrekturluftkanal 8 steht in Verbindung mit einer Luftöffnung 7, die in einem Haupt brennstoffkanal 6 zwischen einer Schwimmerkammer 3 und einer Düse 5 in einem Venturirohr 4 vorgesehen ist. Ein weiterer Korrekturluftkanal 13 steht in Verbindung mit einer weiteren Luftöffnung 12, die in einem Leerlaufbrennstoffkanal 11 vorge sehen ist, der von dem Hauptbrennstoffkanal 6 abzweigt und sich zu einer Leerlaufmündung 10 in der Nähe des Drosselventils 9 erstreckt. Die Korrekturluftkanäle 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 Dreiwege-Katalysator 18 ist in einem Abgas rohr 17 stromabwärts des Motors vorgesehen. Ein O₂-Fühler 19 ist zwischen dem Motor 2 und dem Katalysator 18 vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration der Abgase zu bestimmen, wenn das Luft-Brennstoff-Gemisch in dem Motor verbrannt wird. Ein Vakuumfühler 21 ist in dem Ansaugkanal 20 stromabwärts des Drosselventils 9 vorgesehen.

Die Ausgangssignale des O₂-Fühlers 19 und des Vakuumfühlers 21 werden zu einer Regeleinheit 30 gesandt, die Impulse erzeugt, um die Elektromagnetventile 14 und 15 mit bestimmten Tastverhältnissen zu öffnen und zu schließen. Somit wird ent weder eine größere Luftmenge dem Brennstoffsystem über die Luftkorrekturkanäle 8 und 13 zugeführt, um ein mageres Luft- Brennstoff-Gemisch zu erzeugen, oder es wird eine kleine Luft menge der Anordnung zugeführt, um das Luft-Brennstoff-Gemisch anzureichern.

Fig. 2 zeigt die Ausbildung der Regeleinheit 30 mit einem Rück kopplungsregelkreis. Das Ausgangssignal des O₂-Fühlers 19 wird an einen PI(Proportional- und Integral)-Kreis 32 über einen Komparator 31 angelegt.

Im allgemeinen ändert sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis zyklisch in bezug auf das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis.

Das Ausgangssignal des O₂-Fühlers 19 hat demgemäß eine Wellenform mit einer konstanten Wellenlänge. Das Ausgangs signal 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 Impulserzeugungskreis 35 angelegt, der das Ausgangssignal des PI-Kreises 32 mit Dreieckwellen impulsen T vergleicht und Rechteckwellenimpulse SP erzeugt, siehe Fig. 3. Die Rechteckwellenimpulse werden den Elektro magnetventilen 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 ein ins Positive gehendes PI-Signal, so daß das Tastverhältnis der Impulse SP groß wird, siehe Fig. 3, um das Gemisch abzumagern. Bei einem mageren Luft-Brennstoff-Gemisch erzeugt der PI-Kreis ein ins Negative gehendes PI-Signal, daß bewirkt, daß sich das Tastverhältnis verringert, um das Gemisch anzureichern.

Der PI-Kreis 32 ist mit einem Konstantenkorrekturkreis 33 verbunden, der verschiedene Konstantenkorrektursignale ein schließlich einer Konstanten für Leerlauf und einer Konstanten für Beschleunigung erzeugt.

Der PI-Kreis 32 ist des weiteren elektrisch mit ersten und zweiten Konstantenkorrektursignalerzeugungskreisen 34 und 37 über einen Umschaltkreis 38 verbunden. Der erste Korrektursignalerzeugungs kreis 34 erzeugt ein erstes Konstantenkorrektursignal für den stetigen Zustand, bei dem das Fahrzeug mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit gefahren wird, der zweite Korrektursignalerzeugungskreis 37 erzeugt ein zweites Konstan tenkorrrektursignal 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, das zweite Konstantenkorrektursignal bewirkt, daß sich die Konstante auf einen größeren Wert im Vergleich mit dem ersten Konstantenkorrektursignal ändert.

Der Ausgang des Vakuumfühlers 21 ist mit dem Differentiations kreis 40 verbunden. Das Ausgangssignal des Differentiations kreises 40 wird einem Fensterkomparator 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 Fensterkomparators 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 ein ins Positive gehendes PI-Signal, so daß Impulse mit großen Tastverhältnissen von dem Kreis 35 erzeugt werden. Das Luft-Brennstoff-Gemisch wird somit abgemagert.

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 Ansaug vakuum und das Ausgangssignal des Kreises 40, wie mit VL und VH bezeichnet. Die Pegel der Spannung liegen außerhalb des Bereichs zwischen V₁ und V₂ des Fensterkomparators 41. Demgemäß ist das Ausgangssignal des Komparators niederpegelig. Deshalb ist das Ausgangssignal des Zeitgebers niederpegelig, was den Umschalt kreis 38 betätigt, und der Ausgang des Kreises 37 wird mit dem PI-Kreis 32 verbunden. Wenn die Ausgangsspannung des Kreises 40 innerhalb des Bereichs V₁-V₂ liegt, was den stetigen Zustand des Motors bedeutet, erzeugt der Komparator 40 ein hoch pegeliges Ausgangssignal bei t₁ in Fig. 5c. Wenn das hoch pegelige Ausgangssignal 5 Sekunden andauert, erzeugt der Zeit geber 42 ein hochpegeliges 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 Ausführungsform der Erfindung, die mit einem Mikrocomputersystem versehen ist.

Claims

1. Anordnung zum Regeln des Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors (2) mit einem Ansaugkanal (20), mit einer Einrichtung (1) zum Zuführen eines Luft/Brennstoff-Gemisches zum Motor, mit einem Magnetventil (14, 15) zum Korrigieren des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des zugeführten Gemisches, mit einem O₂-Fühler (19) zum Feststellen der Sauerstoffkonzentra tion in den Abgasen des Motors, mit einer Rückkopplungsregel schaltung (30; 31, 32) mit einem Komparator (31) zum Verglei chen des Ausgangssignals des O₂-Fühlers (19) mit einem Bezugs wert sowie zum Erzeugen eines Ausgangssignals und mit einem Proportional- und Integralverhalten aufweisenden PI-Kreis (32), der auf das Ausgangssignal des Komparators hin ein PI-Signal erzeugt, wobei der PI-Kreis (32) für die Regelung in geschlossenem Regelkreis verschiedene PI-Konstanten aufweist, die durch von den Betriebsbedingungen des Motors abhängige Konstantenkorrektursignale einschaltbar sind, und mit Impuls erzeugungseinrichtungen (35), die Impulse erzeugen, deren Tastverhältnis vom PI-Signal abhängt und die das Magnetventil (14, 15) zum Korrigieren des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ansteuern, gekennzeichnet durch
Einrichtungen (21) zum Abtasten der Motorbetriebsbedingungen, welche ein Ausgangssignal abhängig vom Ansaugdruck im Ansaug kanal (20) erzeugen,
Motorbeschleunigungsfeststelleinrichtungen (39), welche auf das vom Ansaugdruck abhängige Ausgangssignal hin ein erstes Ausgangssignal (H-Pegel) dann erzeugen, wenn die Schwankungen (Differential) des vom Ansaugdruck abhängigen Ausgangssignals länger als eine vorbestimmte Zeitdauer (t ₁-t ₂) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches (V ₁-V ₂) liegen, und die ein weiteres Ausgangssignal (L-Pegel) als Beschleunigungssignal dann abgeben, wenn die Schwankungen außerhalb des vorbestimm ten Bereiches (V ₁-V ₂) liegen,
erste Konstantenkorrektureinrichtungen (34), die auf das erste Ausgangssignal (H-Pegel) hin die PI-Konstante des PI-Kreises (32) auf einen einem stetigen Betriebszustand entsprechenden kleinen Wert setzen, und
zweite Konstantenkorrektureinrichtungen (37), die auf das Beschleunigungssignal (L-Pegel) hin die PI-Konstante des PI-Kreises (32) auf einen einem Beschleunigungszustand entspre chenden größeren Wert setzen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zeit geber (42) zum Erzeugen des ersten Ausgangssignals (H-Pegel), wenn die Schwankungen (Differential) des vom Ansaugdruck ab hängigen Ausgangssignals länger als die vorbestimmte Zeitdauer (t ₁-t ₂) innerhalb des vorbestimmten Bereichs (V ₁-V ₂) lie gen.