DE3537532C2

DE3537532C2 -

Info

Publication number: DE3537532C2
Application number: DE3537532A
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: 1990-05-17
Also published as: JPS61101649A; DE3537532A1; GB2168179B; US4655181A; GB8525887D0; GB2168179A

Description

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

Bei Verbrennungsmotoren, deren Gemisch über einen O₂-Fühler geregelt wird, tritt das Problem auf, daß der O₂-Fühler eine bestimmte Betriebstemperatur benötigt, um in seinen aktiven Zustand zu kommen und verwertbare Signale zu liefern. Unter halb der Betriebstemperatur muß somit eine Steuerung des Ge misches erfolgen. Wenn der Motor Betriebstemperatur hat und abgestellt wird, so kühlt der O₂-Sensor schneller aus als der Motor. Somit muß beim Wiederanlassen bei kaltem wie auch bei warmem Motor eine Gemischsteuerung erfolgen.

Aus der DE-OS 32 39 636 ist es bekannt, daß man den Zustand des O₂-Fühlers bestimmen und ein entsprechendes Signal dann abgeben kann, wenn die Temperatur unter einem Aktivierungs wert liegt. Zu dem obengenannten Problem der Gemischsteuerung bei inaktivem O₂-Fühler wird in der Druckschrift nichts gesagt.

Aus der DE-OS 30 42 245 ist es bekannt, daß man ein erfolg reiches Starten dann annehmen kann, wenn die Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert überschritten hat. Auch hier wird nichts über die Steuerungsprobleme gesagt.

Aus der DE-OS 24 37 713 ist eine Anordnung der eingangs ge nannten Art bekannt. Diese stellt unabhängig vom tatsächlichen Betriebszustand des O₂-Fühlers für eine vorbestimmte Zeitdauer ein festes Gemischverhältnis ein, wenn gleichzeitig die Motor temperatur oberhalb eines bestimmten Wertes liegt. Dieses Ge mischverhältnis ist jedoch nur auf einen einzigen Temperatur wert bezogen, so daß alle anderen Temperaturen zu einem fal schen Gemisch führen. Weiterhin wird bei der bekannten Ein richtung davon ausgegangen, daß der Anlaßvorgang nach einer bestimmten Zeit (also nicht früher und nicht später) beendet ist, die Maschine somit läuft. Dies trifft aber nicht immer zu. In den Fällen, in denen sich aufgrund irgendwelcher Stö rungen Anlaßschwierigkeiten ergeben, wird das Gemisch gegen Ende des Anlaßvorgangs zu sehr angereichert, was wiederum zu einem Absaufen des Motors führen kann. Andererseits wird dann, wenn der Motor sehr schnell anspringt und sofort auf eine höhere Drehzahl (eventuell unter Last) hochgefahren wird, zu spät auf die O₂-Regelung umgeschaltet.

Ausgehend vom obengenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs ge nannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine den vielfäl tigen Betriebsbedingungen eines Kraftfahrzeugs besser ange paßte Gemischregelung beim Anlassen des Motors sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspru ches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses der Erfindung,

Fig. 2a und 2b ein Blockschaltbild der elektrischen Regel schaltung der Erfindung,

Fig. 3 Darstellungen von Wellenformen in dem Festtastverhält niserzeugungskreis und

Fig. 4a und 4b ein Flußdiagramm der Arbeitsweise der Anordnung der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Vergaser 1 nahe einem Ansaugkanal 2 a 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 eines Drosselventils 9 erstreckt. Diese Korrekturluftkanäle 8 und 13 stehen in Verbindung mit Ein-Aus-Elektromagnetventilen 14 und 15, deren Ansaug seiten in Verbindung mit der Atmosphäre über einen Luftreiniger 16 stehen. Ein Katalysator 18 ist in einem Auspuffrohr 17 stromabwärts des Motors vorgesehen, und ein O₂-Fühler 19 ist zwischen dem Motor 2 und dem Katalysator 18 vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase zu bestimmen. Ein Kühlmitteltemperaturfühler 20 ist an einem Wassermantel des Motors vorgesehen.

Die Ausgangssignale des O₂-Fühlers 19, des Kühlmitteltempe raturfühlers 20, des Zündimpulsgenerators 21 und des Fahrzeug geschwindigkeitsimpulsgenerators 22 werden zu einer Regeleinheit 30 gesandt, die ein Ausgangssignal erzeugt, um die Elektro magnetventile 14 und 15 mit bestimmten Tastverhältnissen zu öffnen und zu schließen. Somit wird entweder eine größere Menge Luft dem Brennstoffsystem über die Luft korrigierkanäle 8 und 13 zugeführt, um ein mageres Luft-Brenn stoff-Gemisch zu erzeugen, oder es wird nur eine kleine Menge Luft der Anordnung zugeführt, um das Luft-Brennstoff-Gemisch anzureichern.

Fig. 2a und 2b zeigen den Aufbau der Regelanordnung 30 mit einem Rückkopplungsregelkreis. Das Ausgangssignal des O₂-Fühlers 19 wird an einen PI(Proportional- und Integrations)-Signalerzeu gungskreis 32 über einen Komparator 31 angelegt.

Im allgemeinen ändert sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis zyklisch in bezug auf das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Ver hältnis. Das Ausgangssignal des O₂-Fühlers 19 hat demgemäß eine Wellenform mit einer bestimmten Wellenlänge. Das Ausgangs signal wird mit einem Bezugswert in dem Komparator 31 verglichen, der Impulse in Abhängigkeit von der Wellenform erzeugt. Die Impulse werden an den PI-Signalerzeugungskreis 32 angelegt, so daß der PI-Kreis 32 ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Proportionalkomponente und eine Integrationskomponente enthält. Das Ausgangssignal des Kreises 32 wird an einen Impuls erzeugungskreis 34 angelegt, der das Ausgangssignal des Kreises 32 mit Dreieckwellenimpulsen vergleicht und Rechteck impulse erzeugt. Die Rechteckimpulse werden den Elektro magnetventilen 14 und 15 über einen Umschalter 38 und eine Treiberstufe 36 zum Betätigen der Ventile 14 und 15 zugeführt.

Wenn ein fettes Luft-Brennstoff-Gemisch festgestellt wird, erzeugt der Impulserzeugungskreis 34 Impulse mit großen Tast verhältnissen, um die Ventile 14 und 15 mit großen Tastverhält nissen, zu betätigen, um das Gemisch abzumagern. Bei einem mageren Luft-Brennstoff-Gemisch erzeugt der Kreis 34 Impulse mit kleinen Tastverhältnissen, um das Gemisch anzureichern.

Die Anordnung ist mit einem Festtastverhältnis impulserzeugungskreis 37 und einem Motorwiederstartfeststell kreis 39 versehen. Der Festtastverhältnisimpulserzeugungskreis 37 enthält einen Dreieckwellenimpulsgenerator 40, einen Kompa rator 42 und mehrere Schalterkreise 41 a, 41 b . . . 41 n, die mit einem Spannungsteiler zum Ändern der Spannung verbunden sind, die an einen Invertereingang des Komparators 42 angelegt wird. Jedes der Verknüpfungsglieder der Schalterkreise ist mit dem Kühlmitteltemperaturfühler 20 verbunden. Jeder Schalterkreis verbindet einen entsprechenden Widerstand mit Erde, wenn die Temperatur des Kühlmittels eine für den Schalterkreis bestimmte Temperatur erreicht.

Der Motorwiederstartfeststellkreis 39 enthält einen Motordreh zahlfeststellkreis 43, der mit Zündimpulsen von dem Zündimpuls generators 21 gespeist wird. Der Motordrehzahlfeststellkreis 43 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Motordrehzahl einen vorbe stimmten Wert (200 Umdrehungen pro Minute) übersteigt. Das Ausgangssignal wird an einen Zeitgeber 44 angelegt, der ein hochpegeliges Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird niederpegelig, wenn das Ausgangssignal des Motordrehzahl feststellkreises für eine vorbestimmte Zeitdauer (drei Sekunden) andauert. Das Ausgangssignal des Zeitgebers 44 wird an ein ODER-Verknüpfungsglied 45 und UND-Verknüpfungsglieder 47 und 52 angelegt. Die Ausgangssignale der UND-Verknüpfungsglieder 47 und 52 werden jeweils an einen Setz- und Rücksetzanschluß S und R eines Flip-Flops 48 angelegt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 48 wird an das ODER-Verknüpfungsglied 45 angelegt.

Der Motorwiederstartfeststellkreis 39 enthält des weiteren einen Kühlmitteltemperaturfeststellkreis 46, einen O₂-Fühler zustandsfeststellkreis 49 und einen Fahrzeuggeschwindigkeits feststellkreis 50. Der Kühlmitteltemperaturfeststellkreis 46 wird mit dem Ausgangssignal des Kühlmitteltemperaturfühlers 20 gespeist und erzeugt ein hochpegeliges Ausgangssignal, wenn die Temperatur über 80°C steigt. Das Ausgangssignals des Kreises 46 wird an ein UND-Verknüpfungsglied 47 und an ein ODER-Verknüpfungs glied 51 angelegt. Der O₂-Fühlerzustandsfeststellkreis 49 wird mit dem Ausgangssignal des O₂-Fühlers 19 gespeist und erzeugt ein hochpegeliges Ausgangssignal, wenn das Ausgangssignal des O₂-Fühlers 250 mV Spitze-Spitze Spannung übersteigt oder die Ausgangsspannung 750 mV übersteigt. Der Fahrzeug geschwindigkeitsfeststellkreis 50 erzeugt ein hochpegeliges Ausgangssignal, wenn wenigstens ein Impuls für ½ Sekunde von einem Fahrzeuggeschwindigkeitsimpulsgenerator 22 ausgesandt wird, und erzeugt andernfalls ein niederpegliges Ausgangs signal. Die Ausgangssignale der Kreise 49 und 50 werden an ein ODER-Verknüpfungsglied 51 angelegt und das Ausgangssignal des ODER-Verknüpfungsglieds wird an den anderen Eingang des UND-Ver knüpfungsglieds 52 angelegt. Das Ausgangssignal des ODER-Ver knüpfungsglieds 45 wird an den Umschalter 38 angelegt.

Wenn der O₂-Fühler 19 aktiv ist, erzeugt der O₂-Fühler zustandsfeststellkreis 49 ein hochpegeliges Ausgangssignal. Bei normalen Antriebszuständen befindet sich das Ausgangssignal des Zeitgebers 44 auf niedrigem Pegel. Das Ausgangssignal des UND-Verknüpfungsglieds 52 wird demgemäß hochpegelig, so daß der Flip-Flop 48 zurückgesetzt wird. Das Ausgangssignal des ODER-Verknüpfungsglieds 45 befindet sich somit auf niedrigem Pegel, so daß der Umschalter 38 den Ausgang des Impulserzeugungskreises 34 mit dem Eingang des Treibers 36 verbindet. Das Luft-Brennstoff-Verhältnis wird somit durch den Rückkopplungsregelvorgang geregelt.

Nachfolgend wird der Wiederstartvorgang beschrieben. Wenn die Motordrehzahl über 200 Umdrehungen pro Minute liegt, ist das Ausgangssignal des Zeitgebers 44 hochpegelig und wird dem Umschalter 38 über das ODER-Verknüpfungsglied 45 zugeführt. Der Umschalter wird betätigt, um den Ausgang des Festtastverhältnis erzeugungskreises 37 mit dem Treiber 36 zu verbinden. Wenn die Temperatur des Kühlmittels höher als 80°C ist, ist das Ausgangssignal des Kühlmitteltemperaturfeststellkreises 46 auf hohem Pegel.

Wenn gleichzeitig das Ausgangssignal des Zeitgebers 44 hochpegelig ist, erzeugt das UND-Verknüpfungsglied 47 demgemäß ein hochpegeliges Ausgangssignal, das den Flip-Flop 48 setzt. Der Umschalter 38 verbleibt somit in dem Wiederstartzustand bei hoher Motortemperatur. Bei diesem Wiederstartzustand spricht einer der Schalterkreise 41 a bis 41 n auf das Ausgangssignal des Kühlmitteltemperaturfühlers 20 bei einer vorbestimmten Temperatur an. Der Kreis 41 a arbeitet bei 85°C und der Kreis 41 n arbeitet bei 100°C.

Gemäß Fig. 3 zeigt T Dreieckwellenimpulse von dem Dreieckwellen impulsgenerator 40 und bezeichnen C 1 und C 2 Bezugsspannungen bei Kühlmitteltemperaturen von 85°C und 100°C, wenn die Kreise 41a und 41 n arbeiten. In Übereinstimmung mit dem Pegel der Bezugsspannung erzeugt der Komparator 42 Rechteckimpulse S 1 und S 2, deren Tastverhältnisse von der Kühlmitteltemperatur abhängig sind. Die Tastverhältnisse für verschiedene Kühlmitteltempera turen ergeben sich aus der folgenden Tabelle.

Kühlmitteltemperatur

Tastverhältnis

unter 85°C

|40% @

85°C-90°C\|50%
90°C-95°C	60%
95°C-100°C	70%
über 100°C	80%

Die Rechteckimpulse werden den Elektromagnetventilen 14 und 15 über den Umschalter 38 und den Treiber 36 zugeführt, um das Luft-Brennstoff-Verhältnis zu korrigieren, um eine extreme Anreicherung des Gemischs zu verhindern. Nach dem Ablauf von drei Sekunden wird der Pegel des Ausgangssignals des Zeitgebers 44 niedrig. Falls die Kühlmitteltemperatur unter 80°C fällt oder der O₂-Fühler 19 aktiv wird oder die Fahrzeug geschwindigkeit einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird das Ausgangssignal des ODER-Verknüpfungsglieds 51 hochpegelig. Das UND-Verknüpfungsglied 52 erzeugt demgemäß ein hochpegeliges Ausgangssignal, um den Flip-Flop 48 zurückzusetzen. Der Umschalter 38 wird somit betätigt, um den Eingang von dem Fest tastverhältniserzeugungskreis 37 zu unterbrechen und den Ausgang des Impulserzeugungskreises 34 mit dem Treiber 36 zu verbinden, wodurch die Rückkopplungsregelanordnung aufgebaut wird

Fig. 4a und 4b zeigen den Betrieb in einer Ausführungsform, die durch einen Mikrocomputer gebildet ist.

Claims

1. Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors mit einem Ansaugkanal, mit Einrich tungen (1) zum Zuführen eines Luft-Brennstoff-Gemischs zu dem Motor (1), mit einem Elektromagnetventil (14,15) zum Korri gieren des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemischs, mit einem O₂-Fühler (19) zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen, mit einem Kühlmittel-Temperaturfühler (20) zum Abtasten der Kühlmitteltemperatur des Motors und einem Kühlmitteltemperaturfeststellkreis (46) zum Abgeben eines Tem peratursignals dann, wenn die Temperatur oberhalb eines vor bestimmten Wertes (80°C) liegt, mit einem Rückkopplungsregel kreis (30) mit Komparatoreinrichtungen (31) zum Vergleichen des Ausgangssignals des O₂-Fühlers mit einem Bezugswert und zum Abgeben eines Ausgangssignals entsprechend dem Vergleichs ergebnis, und mit ersten Impulserzeugungseinrichtungen (34), die entsprechend dem Ausgangssignal des Komparators erste Im pulse generieren, deren Tastverhältnis vom Komparatorsignal abhängt und welche das Elektromagnetventil ansteuern, gekennzeichnet durch
einen Zündimpulsgenerator (21) zum Abgeben eines Motordrehzahl signals;
einen Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler (22) zum Abgeben von Impul sen entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit;
einen Motordrehzahlfeststellkreis (43), der beim Überschreiten einer Anlaßdrehzahl des Motors (200 l/min) für eine vorbestimm te Zeitdauer (3 s) ein erstes Wiederstartsignal abgibt;
einen O₂-Fühlerzustandsfeststellkreis (49), der beim Erreichen einer vorbestimmten Ausgangsspannung des O₂-Fühlers ein Akti vierungssignal abgibt;
einen Fahrzeuggeschwindigkeitsfeststellkreis (50), der dann ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal abgibt, wenn Fahrzeuggeschwindig keitsimpulse länger als eine vorbestimmte Dauer (0,5 s) vorlie gen;
eine Halteschaltung (48), die auf das erste Wiederstartsignal hin und das Temperatursignal hin ein zweites Wiederstartsignal abgibt und die beim Nichtvorliegen des Temperatursignals oder auf das Aktivierungssignal für den O₂-Fühler hin oder auf das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal hin die Abgabe des zweiten Wie derstartsignals unterbricht;
zweite Impulserzeugungseinrichtungen (37) zum Abgeben von zwei ten Impulsen, deren Tastverhältnis von der Kühlmitteltemperatur abhängt, und
Umschalteeinrichtungen (38), welche auf das erste Wiederstart signal hin und auf das zweite Wiederstartsignal hin die An steuerung des Elektromagnetventils (14, 15) von den ersten Im pulsen auf die zweiten Impulse umschalten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Impulserzeugungseinrichtungen (37) mehrere Werte von Tastverhältnissen in Abhängigkeit von der Motortemperatur einstellen.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motordrehzahlfeststellkreis (43) und der Kühlmitteltem peraturfeststellkreis (46) derart ausgebildet sind, daß das zweite Wiederstartsignal dann abgegeben wird, wenn die Motordrehzahl oberhalb von 200 l/min und die Kühlmitteltemperatur oberhalb von 80°C liegen.