DE3623195A1

DE3623195A1 - FUEL TREATMENT SYSTEM

Info

Publication number: DE3623195A1
Application number: DE19863623195
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl Ing Schaefer; Reinhard Schulz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1986-07-10
Publication date: 1988-01-14
Also published as: JPS6325341A; EP0254059A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffaufbereitungssystem für eine gemischver dichtende Brennkraftmaschine, insbesondere für Personenkraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel processing system for a mixture sealing internal combustion engine, in particular for passenger vehicles, according to the preamble of claim 1.

Mit einem Dreiwege-Katalysator und einem λ-geregelten Gemischbildner ausge rüstete Motorkonzepte stellen die zur Zeit beste technische Lösung zur Reduzierung der Abgasemissionen von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen im gesamten Motorkennfeld bei gutem Fahrverhalten und ausreichender Langzeitstabilität dar. Dabei werden die zum Beispiel aus elektronischen oder elektronisch-hydraulischen Einspritzeinrichtungen, gegebenenfalls aber auch aus geregelten Vergasern, be stehenden Gemischbildner durch eine in der Abgasleitung angeordnete λ-Sonde im gesamten Betriebsbereich zur Einhaltung des stöchiometrischen Luft-Kraft stoff-Verhältnisses ( λ=1) geregelt, wodurch die Gewähr dafür gegeben wird, daß die in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltenen und als schädlich angesehenen Bestandteile, nämlich Kohlenmonoxid CO, Kohlenwasserstoff HC und Stickoxid NO_x, in dem nachgeschalteten Dreiwege-Katalysator gleichzeitig und mit hohen Konvertierungsraten umgewandelt werden können.Engine concepts equipped with a three-way catalytic converter and a λ- controlled mixture generator are currently the best technical solution for reducing the exhaust gas emissions of mixture-compressing internal combustion engines in the entire engine map with good driving behavior and sufficient long-term stability. These are, for example, electronic or electronic-hydraulic Injection devices, but possibly also from regulated carburettors, existing mixture formers are regulated by a λ probe arranged in the exhaust gas line in the entire operating range in order to maintain the stoichiometric air-fuel ratio ( λ = 1), which guarantees that contained in the exhaust gases of the internal combustion engine and regarded as harmful components, namely carbon monoxide CO, hydrocarbon HC and nitrogen oxide NO _x , can be converted simultaneously and with high conversion rates in the downstream three-way catalytic converter.

Beim Kraftstoffverbrauch sind allerdings gegenüber den herkömmlichen Europa konzepten mit magerer Teillastabstimmung der Motoren Verbrauchseinbußen von 5-10% hinzunehmen, die auf dem verbrauchserhöhenden Zwang zum Betrieb mit dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch in allen Betriebspunkten beruhen.In terms of fuel consumption, however, are compared to conventional Europe concepts with lean partial load adjustment of the engines Accept 5-10% that on the consumption-increasing compulsion to operate with the stoichiometric fuel-air mixture at all operating points are based.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Kraftstoffaufbereitungs system für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen, insbesondere für Personen kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das zum einen die aus Gründen der Reinhaltung der Luft geschaffenen strengsten Abgasvorschriften erfüllt und das zum anderen die bei den herkömmlichen Kon zepten vorhandenen Verbrauchseinbußen, insbesondere im Teillastbereich, ver meidet.The object underlying the invention is a fuel preparation system for mixture-compressing internal combustion engines, in particular for people Motor vehicles to create according to the preamble of claim 1 on the one hand, the strictest created for the purpose of keeping the air clean Emissions regulations met and that on the other hand with the conventional Kon scepten existing consumption losses, especially in the partial load range, ver avoids.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß den im Kennzeichen des Patentan spruchs 1 angegebenen Merkmalen. Erfindungsgemäß wird also nicht im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, sondern nur in einem außerhalb des Leer lauf- und Teillast-Betriebsbereichs liegenden Betriebsbereich mit dem stöchiometri schen, verbrauchserhöhenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis gefahren. In dem Teillast betriebsbereich wird dagegen mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem Wert λ1,15 gearbeitet, das eine entscheidende Verbrauchsverbesserung bringt. Dabei wurde die Erkenntnis ausgenutzt, daß ein Dreiwege-Katalysator im Magerbetrieb als reiner Oxidations-Katalysator genutzt werden kann. Die Oxidation der in den Abgasen einer mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine enthaltenen Kohlenwasserstoffe HC und Kohlenmonoxide CO läuft nämlich weiterhin mit hohen Konvertierungsraten ab; aufgrund der dann in den Abgaben enthaltenen relativ hohen Sauerstoffanteile kommt dagegen die Reduzierung der Stickoxide NO_x praktisch zum Erliegen.This object is achieved according to the features specified in the characterizing part of patent claim 1. According to the invention, the stoichiometric, consumption-increasing air-fuel ratio is therefore not driven in the entire operating range of the internal combustion engine, but only in an operating range lying outside the idling and part-load operating range. In the part-load operating range, on the other hand, a lean fuel-air mixture with a value of λ 1.15 is used, which brings about a decisive improvement in consumption. The knowledge was exploited that a three-way catalytic converter can be used in lean operation as a pure oxidation catalytic converter. This is because the oxidation of the hydrocarbons HC and carbon monoxides CO contained in the exhaust gases of an internal combustion engine operated with a lean fuel-air mixture continues to take place at high conversion rates; on the other hand, due to the relatively high proportions of oxygen contained in the levies, the reduction of nitrogen oxides NO _x practically comes to a standstill.

Da jedoch die Entstehung der Stickoxide im Brennraum einer Brennkraftmaschine als reaktionskinetischer Vorgang im wesentlichen von Druck, Temperatur sowie den Konzentrationen der Reaktionspartner bestimmt wird und diese Stickoxidbil dung im Bereich niedriger Drücke und Temperaturen, das heißt im Leerlauf- und Teillastbereich der Brennkraftmaschine, progressiv abfällt, werden während dieser Teillastbetriebsbereiche nur sehr geringe Anteile an Stickoxiden bei der Verbren nung erzeugt.However, since the formation of nitrogen oxides in the combustion chamber of an internal combustion engine as a reaction kinetic process essentially of pressure, temperature and the concentrations of the reactants is determined and this nitrogen oxide bil in the range of low pressures and temperatures, i.e. idling and Partial load range of the internal combustion engine, which drops progressively, are during this Part load operating areas only very small proportions of nitrogen oxides when burning generated.

Die zur Ermittlung der vom Gesetzgeber limitierten Abgasemissionen vorgeschrie benen Testprozeduren stellen Fahrzyklen mit relativ großen Anteilen von Stadt verkehr, also mit relativ geringen Leistungsanforderungen der Brennkraftmaschine dar. Damit werden während großer zeitlicher Anteile im Testzyklus niedrige bis sehr niedrige Stickoxidemissionen erzeugt, die am Gesamttestergebnis nur einen geringen Anteil haben. Für den Kraftstoffverbrauch sind diese Testbereiche aller dings relevant. Wenn daher während des den Leerlauf und die niedrige Teillast umfassenden Teillastbetriebsbereiches mit einem mager abgestimmten Kraftstoff- Luft-Gemisch gefahren wird, werden gegenüber einem stöchiometrischen Betrieb nur geringfügig angehobene Stickoxidemissionen erzeugt, dafür aber entscheidende Verbrauchsverbesserungen, auch in den von den Gesetzen vorgeschriebenen Test zyklen, erzielt.Required to determine the exhaust gas emissions limited by law The above test procedures represent driving cycles with a relatively large proportion of the city traffic, so with relatively low performance requirements of the internal combustion engine This means that low to generates very low nitrogen oxide emissions that only one in the overall test result have a small share. These test areas are all for fuel consumption relevant. If, therefore, during the idle and the low part load comprehensive part-load operating range with a lean fuel Air mixture is driven, compared to a stoichiometric operation Generates only slightly raised nitrogen oxide emissions, but crucial for that Improvements in consumption, also in the tests prescribed by law cycles, achieved.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiels der Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inAppropriate developments of the invention are specified in the subclaims and are in the following with reference to the embodiment shown in the drawing game of the invention explained in more detail. The drawing shows in

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Brennkraftmaschinenanordnung für ein Personenkraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Kraft stoffzumeßsystem, Fig. 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine arrangement for a passenger vehicle using the inventive motor stoffzumeßsystem,

Fig. 2 das Kennfeld einer herkömmlichen gemischverdichtenden Brenn kraftmaschine in einem Diagramm des Motordrehmoments über der Motordrehzahl, in dem der Teillastbetriebsbereich, in dem mit einem mageren Gemisch gefahren werden soll, schraffiert angedeutet ist, und Fig. 2 shows the map of a conventional mixture-compressing internal combustion engine in a diagram of the engine torque over the engine speed, in which the part-load operating range, in which a lean mixture is to be driven, is indicated by hatching, and

Fig. 3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Regel- und Steuerein richtung. Fig. 3 is a block diagram of the rule and Steuerein direction.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 eine herkömmliche, gemischverdichtende Brennkraftmaschine angegeben, wie sie beispielsweise zum Antrieb von Personen kraftfahrzeugen verwendet wird, mit einer Ansauganlage 2 und einer Abgasanlage 3. In der Abgasanlage 3 ist ein herkömmlicher Dreiwege-Katalysator 4 angeordnet, der in der Lage ist, in einem engen Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses um den stöchiometrischen Wert λ=1 herum gleichzeitig alle drei in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe Kohlenmonoxid CO, Kohlenwasserstoff HC und Stickoxid NO_x mit hohem Wirkungsgrad in unschädliche Bestandteile umzuwandeln.In FIG. 1 of the drawing, 1 denotes a conventional, mixture-compressing internal combustion engine, as is used, for example, for driving motor vehicles, with an intake system 2 and an exhaust system 3 . In the exhaust system 3 , a conventional three-way catalytic converter 4 is arranged, which is capable of simultaneously all three pollutants contained in the exhaust gases carbon monoxide CO, hydrocarbon HC in a narrow range of the air-fuel ratio around the stoichiometric value λ = 1 and convert nitrogen oxide NO _x into harmless components with high efficiency.

Das der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch wird von einem in der Ansauganlage 2 angeordneten Gemischbildner 6 geliefert, der von einem Steuergerät 5 über eine Signalleitung 15 mit die Kraftstoffzumessung bewirkenden Kraftstoffzumeßsignalen beaufschlagt wird. Das Steuergerät 5 bildet dabei die Kraftstoffzumeßsignale in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei es über Signalleitungen 11 bis 14 mit verschiedenen Meßgebern 7 bis 10 zur Erfassung von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Betriebsgrößen verbunden ist. So stellt der Meßgeber 7 eine in der Abgasanlage 3 angeordnete bekannte λ-Sonde zur Erfassung des Sauerstoffüberschusses im Abgas und somit des tatsächlich vorhandenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dar, während mit 8 ein einen maschinenlastabhängigen Wert, wie zum Beispiel den in der Ansauganlage 2 herrschenden Unterdruck, erfassender Meßgeber und mit 9 ein die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 erfassender Drehzahlgeber angege ben ist. Mit 10 ist ein Temperaturgeber zur Erfassung der Temperatur der Brenn kraftmaschine angedeutet. Aus allen diesen Werten ermittelt das Steuergerät 5 nun ein dem jeweiligen Betriebszustand zugeordnetes Kraftstoffzumeßsignal und liefert dieses an den Gemischbildner 6 zur Zuführung der entsprechenden Kraft stoffmenge in die von der Brennkraftmaschine 1 angesaugte Luft.The fuel-air mixture supplied to the internal combustion engine 1 is supplied by a mixture generator 6 arranged in the intake system 2 , to which a control unit 5 supplies the fuel metering signals which effect the fuel metering via a signal line 15 . The control unit 5 forms the fuel metering signals as a function of the operating state of the internal combustion engine, wherein it is connected via signal lines 11 to 14 to various measuring transmitters 7 to 10 for detecting operating variables which characterize the operating state of the internal combustion engine. Thus, the sensor 7 represents a known λ probe arranged in the exhaust system 3 for detecting the excess oxygen in the exhaust gas and thus the actually existing air-fuel ratio, while with 8 a value depending on the machine load, such as that prevailing in the intake system 2 Negative pressure, measuring sensor and with 9 a speed sensor of the internal combustion engine 1 is indicated ben. With 10 , a temperature sensor for detecting the temperature of the internal combustion engine is indicated. From all these values, the control unit 5 now determines a fuel metering signal assigned to the respective operating state and delivers this to the mixture generator 6 for supplying the corresponding amount of fuel into the air drawn in by the internal combustion engine 1 .

Während bei herkömmlichen g-geregelten Konzepten der beispielsweise aus einem elektronisch oder elektronisch-mechanisch bzw. hydraulisch gesteuerten Einspritzsystem oder Vergaser bestehende Gemischbildner im gesamten Betriebs bereich der Brennkraftmaschine mit einem ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft- Gemisch (λ=1) ergebenden Kraftstoffzumeßsignal beaufschlagt wird, soll gemäß der Erfindung ein solches, ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch erge bendes Kraftstoffzumeßsignal nur außerhalb eines Leerlauf- und Teillast-Betriebs bereiches zugeführt werden. In dem Leerlauf- und Teillastbetriebsbereich soll dagegen der Gemischbildner mit solchen Kraftstoffzumeßsignalen beaufschlagt werden, die ein insgesamt mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch mit λ-Werten größer oder höchstens gleich 1,15 ergeben. Lediglich in einem Übergangsbereich zwischen diesem Teillast-Betriebsbereich und dem übrigen Lastbereich soll das Luft-Kraft stoff-Verhältnis kontinuierlich von dem mageren auf den stöchiometrischen Wert übergehen.Whereas, in conventional g- regulated concepts, the mixture generator consisting, for example, of an electronically or electronically-mechanically or hydraulically controlled injection system or carburetor is acted upon in the entire operating range of the internal combustion engine with a stoichiometric fuel-air mixture ( λ = 1), According to the invention, such a stoichiometric fuel-air mixture yielding fuel metering signal should only be supplied outside of an idling and part-load operating range. In contrast, in the idling and part-load operating range, the mixture generator should be acted upon with those fuel metering signals which result in an overall lean fuel-air mixture with λ values greater than or at most equal to 1.15. Only in a transition area between this part-load operating area and the rest of the load area should the air-fuel ratio continuously change from the lean to the stoichiometric value.

Der Teillast-Betriebsbereich, in dem mit einem aus Verbrauchsgründen mager abgestimmten Gemisch gearbeitet werden soll, ist in dem in der Fig. 2 als Dia gramm des Motordrehmomentes über der Motordrehzahl dargestellten Motorkennfeld mit dem schraffierten Bereich 23 angegeben. Das gesamte Kennfeld 22 der Brenn kraftmaschine 1 wird dabei begrenzt durch die maximal zulässige Motordrehzahl n _max sowie die mit 20 bezeichnete Vollastlinie. Mit 21 sind übliche Straßenteillastkurven eingetragen, die sich bei konstanten Geschwindigkeiten des Fahrzeugs v ergeben.The part-load operating range in which a mixture which is lean for consumption reasons is to be worked is indicated in the engine map with the hatched area 23 shown in FIG. 2 as a diagram of the engine torque over the engine speed. The entire characteristic field 22 of the internal combustion engine 1 is limited by the maximum allowable engine speed n _max and the designated 20 full load. With 21 usual road part load curves are entered, which result at constant vehicle speeds v .

Der schraffierte Teillast-Betriebsbereich 23 soll im wesentlichen begrenzt sein durch eine Grenzdrehzahl n _grenz und ein Grenzmotordrehmoment Md _grenz, wobei die Grenzdrehzahl z. B. bei einer Brennkraftmaschine von 1,8 l Hubvolumen mit n _grenz = 3000 U/min etwa 55% der maximalen Drehzahl n _max und das Grenzdrehmoment Md _grenz mit 60 Nm etwa 50% des maximalen Motordrehmomentes Md _max betragen kann.The hatched part-load operating range 23 should be essentially limited by a _{limit speed} n _limit and a limit motor torque Md _limit , the _{limit speed} z. B. with an internal combustion engine of 1.8 l displacement with n _limit = 3000 rpm, about 55% of the maximum speed n _max and the _{limit torque} Md _limit with 60 Nm can be about 50% of the maximum engine torque Md _max .

Die Ausführung der Erfindung führt nun je nach dem, ob eine vollelektronische, kennfeldgesteuerte und λ-geregelte Einspritzung oder andere elektronisch-hydrau lisch-mechanisch gesteuerte Einspritzsysteme oder Vergaser benutzt werden, zu unterschiedlichen Lösungen. Für den Fall, daß eine vollelektronische Einspritzung mit Kennfeldvorsteuerung und g-Regelung zur Verfügung steht, kann die Erfindung ohne zusätzlichen Hardware-Aufwand realisiert werden. Hier muß lediglich der Regelalgorithmus derart geändert werden, daß in dem in der Fig. 2 mit 23 ange gebenen Teillastbereich nicht mit dem stöchiometrischen Wert λ=1, sondern mager mit einem Wert λ1,15 gefahren wird. Die zur Erkennung dieses Betriebs bereiches notwendigen Sensorsignale, im wesentlichen also ein Signal über die Motordrehzahl und die Last bzw. die Füllung, stehen ohnehin bei diesen Einspritz systemen zur Verfügung. Zur Vermeidung von Fahrfehlern sind gleitende Über gänge mit Hysterese in der Gemischqualität beim Wechsel vom mageren zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis angeraten.The implementation of the invention now leads to different solutions depending on whether a fully electronic, map-controlled and λ- controlled injection or other electronically-hydraulically-mechanically controlled injection systems or carburettors are used. In the event that a fully electronic injection with map pre-control and g control is available, the invention can be implemented without additional hardware expenditure. Here only the control algorithm has to be changed in such a way that in the partial load range indicated in FIG. 2 with 23 it is not driven with the stoichiometric value λ = 1, but lean with a value λ 1.15. The sensor signals necessary to detect this operating range, essentially a signal about the engine speed and the load or the filling, are available in any case with these injection systems. In order to avoid driving errors, smooth transitions with hysteresis in the mixture quality are advised when changing from the lean to the stoichiometric fuel-air ratio.

Bei Verwendung eines elektronisch-mechanisch bzw. hydraulisch gesteuerten Ein spritzsystems oder Vergasers mit zusätzlicher λ-Regelung wird wegen der mechani schen Vorsteuerung der Gemischqualität ein elektronisches Zusatzgerät benötigt, das über zusätzliche Sensoren für Motordrehzahl und Last (hier z.B. Saugrohrunter druck) den zu steuernden Kennfeldbereich erkennt und dem Steller der Kraftstoff zuführeinrichtung ein entsprechendes, die Gemischqualität steuerndes Signal liefert. In der Fig. 3 ist dazu ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für eine elektronisch gesteuerte, kontinuierliche Einspritzung angegeben. Dabei bezeichnet 31 eine λ-Regeleinrichtung, die außerhalb des Teillast-Betriebsbereiches zur Wirkung kommt und in Abhängigkeit von dem über die Signalleitungen 11 bis 14 zugeführten betriebszustandsabhängigen Kenngrößen, wie Motorlast, Motordrehzahl, Motor temperatur und λ-Wert, über eine Signalleitung 36 einen Regelstrom liefert, der ein Maß für die Kraftstoffzumessung darstellt. Dieser Regelstrom wird über die Signalleitung 36 zu einem Umschalter 37 geführt, der nur außerhalb des Teillast- Betriebsbereiches diesen Regelstrom über eine Signalleitung 38 an den beispielsweise elektro-hydraulischen Drucksteller der Einspritzeinrichtung weiterleitet. When using an electronically-mechanically or hydraulically controlled injection system or carburetor with additional λ control, an electronic additional device is required due to the mechanical pre-control of the mixture quality, which uses additional sensors for engine speed and load (here e.g. intake manifold vacuum) to control the map area recognizes and provides the actuator of the fuel supply device with a corresponding signal which controls the mixture quality. In FIG. 3, a block diagram is given to a control circuit for an electronically controlled continuous injection. Here, 31 denotes a λ control device, which comes outside the part-load operating range for the effect and function of the via signal lines 11 to 14 supplied operating condition-dependent parameters such as engine load, engine speed, engine temperature and λ value, via a signal line 36 a control current delivers, which is a measure of the fuel metering. This control current is fed via the signal line 36 to a changeover switch 37 , which only forwards this control current via a signal line 38 to the electro-hydraulic pressure plate of the injection device, for example, outside the part-load operating range.

Der Umschalter 37 wird dabei über eine Signalleitung 33 a von dem Ausgang einer mit 32 angegebenen Einrichtung gesteuert, die aus den über die Signalleitungen 11 bis 13 zugeführten betriebszustandsabhängigen Kenngrößen der Brennkraftma schine, nämlich insbesondere der Motorlast und der Motordrehzahl sowie gegebenen falls der Motortemperatur, den zutreffenden Betriebspunkt im Kennfeld ermittelt und dabei zugleich entscheidet, ob dieser Betriebspunkt innerhalb oder außerhalb des in der Fig. 2 schraffierten Teillastbetriebsbereiches 23 liegt. Liegt der je weilige Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 innerhalb des Teillast-Betriebs bereiches, dann wird der Umschalter 37 auf den Ausgang einer mit 34 angege benen, kennfeldabhängig von dem Ausgangssignal der Einrichtung 32 steuerbaren Konstantstromquelle gelegt. Mit Hilfe dieser Konstantstromquelle 34 und eines entsprechend angesteuerten Widerstandes eines zugeordneten Widerstandsregisters wird für jeden Betriebspunkt des selektiven Teillast-Kennfeldes 23 ein Steuerstrom erzeugt, der über die Signalleitung 35 und den Umschalter 37 sowie die an dessen Ausgang angeschlossene Signalleitung 38 zu dem Drucksteller der Regeleinrich tung geleitet wird.The switch 37 is controlled via a signal line 33 a from the output of a device indicated by 32 , the machine from the operating state-dependent parameters of the internal combustion engine supplied via the signal lines 11 to 13 , namely in particular the engine load and the engine speed and, if appropriate, the engine temperature determines the applicable operating point in the map and at the same time decides whether this operating point lies within or outside the partial-load operating range 23 hatched in FIG. 2. Is the respective operating point of the internal combustion engine 1 within the part-load operating range, then the switch 37 is placed on the output of a 34 specified, map-dependent on the output signal of the device 32 controllable constant current source. With the help of this constant current source 34 and a correspondingly controlled resistance of an associated resistance register, a control current is generated for each operating point of the selective partial-load map 23 , via the signal line 35 and the changeover switch 37 and the signal line 38 connected to its output to the pressure regulator of the control device is directed.

Dieser Steuerstrom ist dabei so eingestellt, daß die Brennkraftmaschine 1 in jedem Betriebspunkt dieses durch den Teillastbetriebsbereich 23 gebildeten selektiven Kennfeldes mit einem Luftverhältnis im Bereich zwischen 1,05 (Leerlauf) und 1,2 (Teillast) oder gegebenenfalls noch magerer, nach Möglichkeit also im Ver brauchsminimum, gefahren wird.This control current is set so that the internal combustion engine 1 at each operating point of this selective characteristic map formed by the part-load operating region 23 with an air ratio in the range between 1.05 (idle) and 1.2 (part-load) or possibly even leaner, if possible therefore in Minimum consumption, is driven.

Werden Betriebspunkte außerhalb des selektiven Teillast-Kennfeldes 23 angefahren, so wird der Umschalter 37 zur Umschaltung beaufschlagt, so daß dann der über die Signalleitung 36 von der λ-Regeleinrichtung 31 kommende Regelstrom dem Drucksteller der Einspritzeinrichtung zugeführt wird.If operating points are approached outside of the selective partial-load characteristic diagram 23 , the changeover switch 37 is acted upon to switch over, so that the control current coming from the λ control device 31 via the signal line 36 is then fed to the pressure regulator of the injection device.

Im Falle der Verwendung eines elektronisch geregelten Vergasers kann mit einem im Prinzip gleichen System wie dem in der Fig. 3 gezeigten gearbeitet werden. Anstelle eines elektrohydraulischen Druckstellers wird dann eine die Gemisch zusammensetzung steuernde Einrichtung, zum Beispiel ein elektrisch betätigtes Kraftstoffventil des Vergasers, von dem am Ausgang des Umschalters 37 anste henden Steuer- bzw. Regelstrom beaufschlagt.If an electronically controlled carburetor is used, it is possible to work with a system which is basically the same as that shown in FIG. 3. Instead of an electrohydraulic pressure actuator, a mixture-controlling device, for example an electrically operated fuel valve of the carburetor, is then acted upon by the control or regulating current pending at the output of the changeover switch 37 .

Der zuvor beschriebene gesteuerte Magerbetrieb kann jedoch, insbesondere wenn mit Luft-Kraftstoff-Verhältnissen von λ<1,2 gearbeitet werden soll, zumindest bei herkömmlichen Ottomotoren, zu Fahrfehlern führen. Als Abhilfe und zur Nutzung des Magerlaufpotentials bietet sich daher ein geregelter Magerbetrieb an mit den bekannten Vorteilen einer Regelung, das heißt insbesondere dem Ausgleich laufzeit- und umweltabhängiger Störgrößeneinflüsse. Als mögliche Regelungen wären dabei für den Teillastbetriebsbereich eine Mager- λ -Regelung, eine Lauf ruhenregelung oder eine Wirkungsgradregelung einsetzbar. Bei der Mager- λ -Rege lung wird ein Vergleich des Istwertes des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ, das mit Hilfe einer nicht nur den stöchiometrischen Wert, sondern auch magere Luft- Kraftstoff-Verhältnisse erfassenden Meßsonde ermittelt wird, mit einem aus seinem Speicher in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelbaren Sollwert durchgeführt und in Abhängigkeit von der so ermittelten Regelabweichung das Kraftstoffzumeßsignal für die Kraftstoffzuführeinrichtung gebildet.However, the controlled lean operation described above, especially when working with air-fuel ratios of λ <1.2, can lead to driving errors, at least in conventional gasoline engines. As a remedy and to use the lean-running potential, a controlled lean-burn operation is therefore possible, with the known advantages of regulation, that is to say in particular the balancing of runtime and environment-dependent disturbance variables. A lean λ control , a running rest control or an efficiency control could be used as possible controls for the part-load operating range. In the lean λ control, a comparison of the actual value of the air-fuel ratio λ , which is determined with the aid of a measuring probe not only measuring the stoichiometric value but also lean air-fuel ratios, is carried out with a memory from Depending on the respective operating state of the internal combustion engine, the target value can be determined and the fuel metering signal for the fuel supply device is formed as a function of the control deviation determined in this way.

Bei der Laufruheregelung wird in einem geschlossenen Regelkreis die Laufunruhe der Brennkraftmaschine, beispielsweise in Form von Drehmomentschwankungen, gemessen und diese Laufunruhe durch entsprechende Veränderung des Kraftstoff zumeßsignals auf einen für eine derartige Brennkraftmaschine als günstig ange sehenen Sollwert (Führungsgröße) geregelt.With the smooth running control, the rough running is in a closed control loop the internal combustion engine, for example in the form of torque fluctuations, measured and this uneven running by changing the fuel accordingly zueßsignals on a for such an internal combustion engine as low setpoint (reference variable).

Diese beiden erstgenannten Regelungen haben jedoch den Nachteil, daß sie mit einer Führungsgröße arbeiten, die von einem Referenzmotor abgeleitet werden muß. Naturgemäß auftretende Steuungen der Motoren können dabei nicht berück sichtigt werden, so daß man mehr oder weniger weit von dem verbrauchsgünstigen Betriebspunkt entfernt bleibt.However, these first two regulations have the disadvantage that they with a reference variable that are derived from a reference motor got to. Controls of the motors that occur naturally cannot be taken into account be viewed so that one is more or less far from the most economical Operating point remains away.

Die ebenfalls vorgeschlagene Wirkungsgradregelung benötigt dagegen keine Füh rungsgröße. Sie stellt eine direkte Regelung des Wirkungsgrades bzw. des Kraftstoffver brauchs als umgekehrt proportionale Größe dar, die mit Hilfe der Stellgrößen Zündwinkel (λ _z) und Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ durchgeführt wird. Da sich der Kraftstoffverbrauch bzw. der Wirkungsgrad aber nur mit großem Aufwand direkt dynamisch messen lassen, wird hier als Ersatzgröße für die Istwertmessung das Drehmoment herangezogen. Bei dieser Wirkungsgradregelung wird der Zündwinkel mit Hilfe eines elektronischen Reglers derart geregelt, daß das Drehmoment ein Maximum annimmt. Der Istwert des Drehmomentes kann dabei mit Hilfe eines geeigneten, das Drehmoment der Brennkraftmaschine erfassenden Sensors ermit telt oder aber auch aus den mit entsprechenden Gebern gemessenen Winkelge schwindigkeitsänderungen der Kurbelwelle rechnerisch ermittelt werden. Nur unter der Randbedingung, daß der Kraftstoffmassenstrom m _B konstant gehalten wird, ist jedoch ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Verbrauchsminimum und dem Drehmomentenmaximum gegeben. Wird dagegen der Luftmassenstrom _L konstant gehalten, führt die Regelung zwar auf das Drehmomentenmaximum, nicht jedoch zu dem eigentlichen Wirkungsgradmaximum. Demnach ist es notwendig, den Luftmassenstrom _L bei konstantem Kraftstoffmassenstrom _B als Stellgröße für die Wirkungsgradregelung heranzuziehen.The efficiency regulation, which is also proposed, does not require any guidance size. It provides a direct control of the efficiency or the fuel consumption need to be represented as an inversely proportional variable, using the manipulated variables Firing angle (λ _e.g.) and air-fuel ratioλ is carried out. That I fuel consumption or efficiency, however, only with great effort Having dynamic measurements directly is used here as a substitute for the actual value measurement the torque is used. With this efficiency control, the ignition angle regulated with the help of an electronic controller so that the torque Assumes maximum. The actual value of the torque can be determined using a suitable sensor that detects the torque of the internal combustion engine telt or from the angular value measured with the corresponding encoders changes in speed of the crankshaft can be calculated. Just under the boundary condition that the fuel mass flowm _B is kept constant However, there is a clear connection between the minimum consumption and given the maximum torque. In contrast, the air mass flow _L kept constant, the control leads to the maximum torque, but not to the actual maximum efficiency. So it is necessary the air mass flow _L at constant fuel mass flow _B as a manipulated variable to be used for the efficiency control.

Die Regelung erfolgt daher in der Weise, daß nach Vorsteuerung der dem jeweili gen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zugeordneten Kraftstoffmenge der Zündwinkel und/oder der die Ansaugleitung durchsetzende Luftmassenstrom zur Erreichung eines maximalen Motordrehmomentes geregelt wird.The control is therefore carried out in such a way that after the pilot control of the respective gene operating point of the internal combustion engine associated fuel quantity Firing angle and / or the air mass flow passing through the intake line Reaching a maximum engine torque is regulated.

Auch diese Regelung arbeitet zweckmäßigerweise elektronisch; zur Änderung des Luftmassenstroms sind im Prinzip bekannte Stellventile heranzuziehen, die zum Beispiel bei λ=1-Regelungen in Verbindung mit Vergasern an Ottomotoren bereits zum Einsatz kommen. Ausgehend vom heutigen Stand der digitalen Motor elektronik sind die zuvor beschriebenen elektronischen Regler nicht mehr in diskreter, analoger Bauweise auszuführen, sondern in Form verschiedener Regelalgorithmen Teil der Software eines digitalen Motorrechners.This regulation also expediently works electronically; In principle, known control valves are used to change the air mass flow, which are already used, for example, in the case of λ = 1 controls in conjunction with carburettors on gasoline engines. Based on the current state of digital motor electronics, the electronic controllers described above are no longer to be carried out in a discrete, analog design, but part of the software of a digital motor computer in the form of various control algorithms.

Claims

1. Fuel processing system for a mixture-compressing internal combustion engine, in particular for passenger vehicles, in the exhaust pipe of which a three-way catalytic converter for converting the exhaust gas pollutants is arranged, with an intake pipe that supplies the combustion power and with a fuel supply device, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) is only outside one of the idle and the low partial load comprising partial load operating range with a stoichiometric air-fuel ratio having a fuel-air mixture and in the partial load range with a lean air-fuel ratio ( λ 1.15) having a fuel-air mixture .

2. Fuel processing system according to claim 1, characterized in that the internal combustion engine in a transition area between the partial load and the rest of the operating area with a continuously from a lean air-fuel ratio going to the stoichiometric value send fuel-air mixture is acted upon.

3. Fuel processing system according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel supply device ( 6 ) can be connected only in the operating range outside the partial load range with a control device ( 31 ) for supplying a stoichiometric air-fuel ratio resulting fuel metering signal and that it can be connected to a control device ( 32 , 34 ) in the partial-load and in the transitional operating range, which generates a fuel metering signal which, depending on the operating state of the internal combustion engine, produces a lean or continuously enriched air-fuel ratio up to the stoichiometric ratio .

4. Fuel processing system according to claim 3, characterized in that a switchable device ( 37 ) is provided depending on the operating state of the internal combustion engine, which the fuel supply device ( 6 ) in the part-load and transitional operating range with the control device ( 32 , 34 ) and in the remaining operating range connects the control device ( 31 ).

5. Fuel preparation according to claim 3 or 4, characterized in that the control device ( 32 , 34 ) has a controllable constant current source ( 34 ) depending on the operating state of the internal combustion engine.

6. Fuel processing system according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel supply device is assigned a control device which a lean air-fuel ratio in one at partial load Transition range from the lean to the stoichiometric ratio greased air-fuel ratio and a stoichio in the remaining operating range metric air-fuel ratio provides the resulting fuel metering signal.

7. Fuel processing system according to claim 6, characterized in that one that detects the air-fuel ratio in the entire operating range Measuring probe is provided and that the control device for generating a Fuel metering signal as a result of a target-actual comparison between the dependent on the actual value measured by the measuring probe and that in a memory Setpoint value of the air-fuel ratio stored from the operating state is trained.

8. Fuel processing system according to claim 6, characterized in that the control device for forming the fuel metering signal in the part-load operating and transition operating area as a result of a smooth running regulation is.

9. A fuel processing system according to claim 1 or 2, characterized net that the internal combustion engine is assigned a control device, the outside the part-load and transitional operating range a stoichiometry air-fuel ratio resulting fuel metering signal for further line to the fuel supply device and within the partial load and Transition area resulting in a lean air-fuel ratio Control signal generated as a result of an efficiency control.

10. A fuel processing system according to claim 9, characterized in that that the efficiency control by detecting the from the Brennmama Apparent torque and adjustment of the ignition angle and / or of the air mass flow with the fuel mass flow kept constant A maximum torque is reached.

11. A fuel processing system according to claim 10, characterized in that that to adjust the air mass flow at least one in the intake Electronically control the line in front of the fuel metering point cash control valve is provided.