DE3642404A1 - Gemischverhaeltnis-regelsystem fuer kraftfahrzeugmotoren - Google Patents
Gemischverhaeltnis-regelsystem fuer kraftfahrzeugmotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1. Insbesondere dreht es sich bei der vor
liegenden Erfindung um ein Regelsystem für die Regelung des
Brennstoffgemisches in einer Kraftfahrzeugmaschine, wobei das
Gemischverhältnis in Übereinstimmung mit einem Rückkoppelungs
signal von einem O2-Sensor zur Feststellung der Sauerstoffkon
zentration im Abgas geregelt wird.
Der Motor ist mit einem Kohlenstoffbehälter zur Absorption von
Brennstoffdampf im Brennstofftank versehen, während die Ma
schine nicht läuft und zum Ausspülen des Brennstoffdampfes im
Kanister in einen Einlaßkrümmer bei vorbestimmten Zuständen des
Motorbetriebes. Wenn der Treibstoff im Kanister abgelassen
wird, so wird der Treibstoffdampf dem Luft-Brennstoffgemisch,
das den Zylindern der Maschine zugeführt wird, zugefügt,
so daß das Gemisch fett wird.
Das Regelsystem für das Gemisch wirkt nun so, daß das
fette Gemisch in Übereinstimmung mit dem Rückkopp
lungssignal des O2-Fühlers abgemagert wird. Nachdem
aber die Abweichung des Luft-Treibstoffgemisches groß
ist, verglichen mit der Abweichung, die für den Dauer
betriebszustand des Motors auftritt, wird eine längere
Zeit benötigt, um das abgewichene Gemischverhältnis
auf den stöchiometrischen Wert zurückzuführen. Dadurch
aber wird ein ungünstiger Fahrbetrieb hervorgerufen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die durch
Ablassen von Treibstoffdampf erzeugte Nachregelung zu
verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Gemischverhältnisregel
system für einen Kfz-Motor gelöst, bei dem die Maschine
einen Behälter zum Ablassen von Treibstoffdampf in den
Einlaß des Motors über ein Ablaßventil aufweist, das
eine unterdruckbetätigte Ventilanordnung hat, wobei das
System einen O2-Fühler aufweist, der eine Ausgangsspan
nung in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im
Abgas des Motors abgibt, mit einem Rückkopplungsregel
system mit Integratormitteln zum Integrieren eines Feh
lersignales in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des
O2-Fühlers, um ein Integrationssignal abzugeben und mit
Mitteln, die auf das Integrationssignal ansprechen, zum
Regeln des Verhältnisses des Gemisches, das dem Motor
zugeführt wird.
Das System umfaßt ein magnetbetätigtes Ventil, das eine
Magnetspule aufweist und in einer Leitung angeordnet
ist, welche die unterdruckbetätigte Ventilanordnung mit
einem Einlaßkrümmer der Maschine und mit der Atmosphäre
über Öffnungen verbindet, wobei Detektormittel vorge
sehen sind, um die Betriebsbedingungen des Motors fest
zustellen und ein Betriebsbedingungssignal des Motors
abzugeben, wenn die Betriebsbedingungen einen vorbestimm
ten Zustand erreichen. Es ist eine Regeleinheit vorge
sehen, die in Abhängigkeit vom Betriebszustandssignal
arbeitet und die Magnetspule ansteuert, so daß die unter
druckbetätigte Ventilanordnung mit dem Einlaßkrümmer in
Verbindung steht, um das Ablaßventil zu öffnen, und die
weiterhin auf das Motorbetriebszustandssignal anspricht
und eine Konstante der Integratormittel für eine vorbe
stimmte Zeitdauer anhebt, wodurch die Abweichung des Ge
mischverhältnisses schnell beseitigt werden kann.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus
den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungs
beispielen der Erfindung, die anhand von Abbildungen
näher beschrieben sind. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Regeleinheit;
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Integrator
ausganges der Regeleinheit; und
Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Wirkungsweise der
Regeleinheit, also das erfindungsgemäße Ver
fahren zeigt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Kraftfahrzeugmotor 1 mit
einem Einlaßrohr 2, einem Drosselkörper 4 und einem Ein
laßkrümmer 2 a versehen. Ein (Luft-) Strömungsmesser 14
ist im Einlaßrohr 2 angebracht. Ein O2-Fühler 12 ist an
einem Abgasrohr 3 vor einem Katalysator 3 a angebracht.
Kraftstoffeinspritzdüsen 4 sind am Einlaßkrümmer 2 a vor
gesehen, während ein Kühlmitteltemperaturfühler 11 an
einem Wasserschlauch der Maschine 1 angebracht ist. Ein
Motor-Drehzahlfühler 13 ist vorgesehen, der ein der
Drehzahl entsprechendes Signal abgibt.
Es ist ein Kohlenstoffbehälter 6 mit einem Behälterkör
per 6 a vorgesehen, der eine Öffnung aufweist, die mit
einem Kraftstofftank 7 und einem Ablaßtank 8 kommuni
ziert. Das Ablaßventil 8 umfaßt ein Rohr 8 a mit einer
Öffnung am oberen Ende, eine Membran 8 b, die eine Unter
druckkammer 8 c definiert und eine Feder 8 d, welche die
Membran auf das Rohr 8 a drückt, um die Öffnung zu
schließen. Das Rohr 8 a steht mit einer Öffnung 5 b in
Verbindung, die am Drosselkörper 5 in einer Position
knapp über der Drosselklappe 5 a in ihrer geschlossenen
Position angeordnet ist. Die Unterdruckkammer 8 c kommu
niziert mit dem Einlaßkrümmer 2 a über das Magnetventil 9.
Das Magnetventil 9 umfaßt eine Öffnung 9 a, die mit dem
Einlaßkrümmer 2 a kommuniziert. Eine Öffnung 9 b kommuni
ziert mit der Unterdruckkammer 8 c, während ein Rohr 9 c
mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Es ist ein Ven
tilkörper 9 d vorgesehen, der axial verschieblich im Ven
tilgehäuse angebracht ist, sowie eine Magnetspule 9 e.
Wenn die Magnetspule 9 e erregt wird, so wird der Ventil
körper 9 d nach links verschoben und schließt die Öffnung
9 a, öffnet das Rohr 9 c und bringt so die Unterdruckkam
mer 8 c mit der Atmosphäre in Verbindung. Wenn die Magnet
spule nicht unter Strom steht, so ist die Öffnung 9 a ge
öffnet und bringt die Unterdruckkammer 8 c mit dem Ein
laßkrümmer 2 a in Verbindung.
Die Ausgangssignale des Luft-Strömungsmessers 14 und der
Sensoren 11, 12 und 13 werden einer Kontrolleinheit 10
zugeführt, welche die Einspritzdüsen 4 mit einer Ein
spritzpulsbreite ansteuert, die von den Signalen abhängt,
wie dies im folgenden genauer beschrieben wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt, werden die Ausgangssignale des
Luft-Strömungsmessers 14 und des Drehzahlsensors 13 über
Rechner 21 bzw. 22 in einen Basiseinspritzpulsbreiten
rechner 23 geführt. Der Rechner 23 gibt ein Basispuls
breitensignal TP in Abhängigkeit von der Motorendrehzahl
N und der eingeführten Luftmenge Q ab. Ein Korrektur
koeffizientenrechner 24 wird mit dem Ausgangssignal des
Kühlmitteltemperatursensors 11 versorgt und gibt ein
Korrekturkoeffizientensignal K ab, um die Anordnung im
offenen Kreis zu steuern. Das Ausgangssignal des O2-
Fühlers 12 geht in einen Gemischverhältnisdetektor 25,
der ein Fehlersignal abgibt, das die Differenz zwischen
der Ausgangsspannung des O2-Fühlers und einer Bezugsspan
nung darstellt. Das Fehlersignal wird einem Integrator
28 zugeführt. Der Integrator 28 gibt ein Integrations
signal α für die Regelung in geschlossener Schleife ab.
Das Basiseinspritzpulsbreitensignal TP und das Korrektur
koeffizientensignal K, sowie das Integrationssignal
werden einem Einspritzpulsbreitenrechner 29 zugeführt,
der ein Einspritzpulsbreitensignal Ti abgibt. Das Signal
Ti wird den Einspritzdüsen 4 zugeführt, welche dann
Kraftstoff der Pulsbreite entsprechend bzw. dem Signal
Ti entsprechend abgeben.
Der Integrator 28 umfaßt einen Proportional- und einen
Integralanteil (Pi-Regler), wobei die Proportionalkon
stante (P) und die Integrationskonstante (I) für diesen
Regler charakteristisch sind. Der Pi-Regler gibt auf die
Ausgangsspannung des Gemischverhältnisdetektors 25 hin
ein Integrationssignal α ab, das eine Proportionalkompo
nente P′ und eine Integralkomponente I′ aufweist, wie
dies in Fig. 3 gezeigt ist.
Das Ausgangssignal des Kühlmitteltemperaturfühlers 11
wird einem Aufwärmdetektor 30 zugeführt. Die Ausgänge
des Fühlers 12 und des Detektors 30 werden einem Rück
kopplungsdetektor 31 zugeführt. Wenn der Motor aufgewärmt
ist und die Rückkopplungsbetriebsweise zum Tragen kommt,
bewirkt das Ausgangssignal des Detektors 31, daß die
Spule 9 c abgeschaltet wird. Das Signal beim Abschalten
der Spule wird einem Ablaßdetektor 26 zugeführt, dessen
Ausgangssignal wiederum einem Konstant-Anstiegsabschnitt
27 zugeführt wird. Auf das Ausgangssignal des Ablaßde
tektors 26 hin gibt der Abschnitt 27 ein konstantes An
stiegssignal ab, das dem Integrator 28 zugeführt wird,
um dessen Integrationskonstante I und dessen Proportional
konstante P gleichzeitig oder auch entweder P oder I,
insbesondere aber die Integrationskonstante I für eine
vorbestimmte Zeit anzuheben. Dementsprechend gibt der
Integrator 28 ein Integrationssignal α ab, das für eine
vorbestimmte Zeitdauer vergrößerte Anteile P′ und I′ auf
weist.
Die Wirkung des Systems wird im folgenden anhand der
Fig. 4 beschrieben.
Im Schritt S 1 wird entschieden, ob die Maschine aufge
wärmt ist, z.B. ob die Kühlmitteltemperatur über 50°C
liegt. Wenn die Maschine noch nicht angewärmt ist, so
wird die Spule 9 c im Schritt S 4 eingeschaltet. Dement
sprechend wird die Öffnung 9 a geschlossen und die Öff
nung 9 c geöffnet, so daß die Unterdruckkammer 8 c des Ab
laßventiles 8 mit der Atmosphäre in Verbindung steht, wo
durch wiederum die Öffnung des Ventilrohres 8 a geschlos
sen wird.
Wenn die Maschine aufgewärmt ist, so fährt das Programm
zum Schritt S 2 fort, in dem entschieden wird, ob das
Rückkopplungssystem wirksam ist oder nicht. Die Ent
scheidung hierüber hängt von der Ausgangsspannung des
O2-Fühlers 12 ab. Wenn die Rückkopplung in Betrieb ist,
so wird die Spule 9 c im Schritt S 3 abgeschaltet, so daß
die Unterdruckkammer 8 c mit dem Einlaßkrümmer 2 a über
die Öffnungen 9 b und 9 a in Verbindung steht. Dementspre
chend wird die Membran 8 b über den Unterdruck im Einlaß
krümmer verschoben und öffnet die Öffnung des Rohres 8 a,
so daß Benzindampf im Behälter 6 in den Einlaßkrümmer
gelangt. Wenn weiterhin im Schritt S 5 die Spule abge
schaltet wird, so wird ein Zeitgeber auf eine vorbestimm
te Zeitdauer (z.B. 6 sec) im Schritt S 6 gesetzt. Wenn
die Spule abgeschaltet ist, so wird entschieden, ob die
gespeicherte Zeitdauer im Zeitgeber zu Null geworden
ist (Schritt S 7). Wenn die gespeicherte Zeitdauer noch
nicht zu Null geworden ist, so wird die gespeicherte
Zeitdauer um einen Betrag von Eins im Schritt S 8 vermin
dert. Im Schritt S 9 wird eine einfache Integrationskon
stante I 0 mit einem Koeffizienten K 0 multipliziert, um
eine angehobene Konstante Im abzugeben. Auf diese Weise
wird die Integrationskonstante auf einen vorbestimmten
Wert angehoben.
Fig. 3 zeigt die Veränderung des Integrationssignales
α. Wenn Benzindampf im Behälter abgelassen wird, so
wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas reduziert, so
daß das Signal α abnimmt. In einem herkömmlichen System
sinkt die Integrationskomponente I′ des Signales α gra
duell, wie dies durch I 0′ gezeigt ist, mit derselben Ab
klingrate wie die Komponente I′. Demzufolge wird eine
lange Zeit T 0 benötigt, um den erwünschten Pegel zu er
reichen. Gemäß des hier vorliegenden erfindungsgemäßen
Verfahrens (bzw. der Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens) wird die Integrationskonstante angehoben,
was eine Steigerung der Abklingkonstante der Integra
tionskomponente I′ bedeutet, was mit der Linie Im′ ge
zeigt ist. Auf diese Weise wird die Zeitspanne bevor der
gewünschte Pegel des Signales α erreicht wird, auf eine
Zeitspanne T reduziert. Dies bedeutet, daß im System nach
der vorliegenden Erfindung die Erzeugung des korrigierten
Signales α um die Zeitspanne (T 0-T) vermindert wird im
Vergleich mit einem herkömmlichen System. Auf diese Wei
se kann die Abweichung des Brennstoffverhältnisses sehr
schnell auf den stöchiometrischen Brennstoffverhältnis
wert abgeglichen werden.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines Ausführungs
beispiels beschrieben, wobei insbesondere darauf hinzu
weisen ist, daß anhand des Ausführungsbeispieles das er
findungsgemäße Verfahren erkennbar wird.
Claims (4)
1. Gemischverhältnis-Regelsystem für Kraftfahrzeugmotoren,
gekennzeichnet durch
einen Behälter (6) zum Ablassen von Treibstoff-Dampf in den
Ansaugdurchlaß des Motors (1) durch ein Ablaßventil (8), das
eine unterdruckbetätigte Ventilanordnung (8 b) aufweist,
einen O2-Sensor (12), der eine Ausgangsspannung proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas des Motors (1) abgibt,
ein Rückkopplungs-Regelsystem (10) mit Integratormitteln (28) zum Integrieren eines Fehlersignales in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des O2-Sensors (12) zur Bereitstel lung eines Integrationssignales,
Mittel (29), die entsprechend dem Integrationssignal das Gemischverhältnis des dem Motor zugeführten Ge misches regeln,
ein magnetbetätigtes Ventil (9) mit einem Magneten (9 e) in einer Leitung, welche die unterdruckbetätigte Anordnung (8 b) mit dem Ansaugdurchlaß (2 a) verbindet,
wobei das Magnetventil (9) Öffnungen (9 a, 9 b) auf weist, um selektiv die unterdruckbetätigte Ventilan ordnung (8) mit einem Einlaßkrümmer (2 a) des Motors (1) oder der Atmosphäre zu verbinden,
Detektormitteln (11, 13, 14) zum Feststellen der Be triebsbedingungen des Motors (1) und zum Abgeben eines Motor-Betriebssignales, wenn die Betriebsbedingun gen einen vorbestimmten Wert erreicht haben,
Steuermittel (31), die auf das Motor-Betriebssignal hin ansprechen und den Magneten (9 c) ansteuern, um die unterdruckbetätigte Ventilanordnung (8 b) mit dem Einlaßkrümmer (2 a) in Verbindung zu bringen und das Ablaßventil (8) zu öffnen, und durch
Mittel (27), die auf das Motor-Betriebssignal anspre chen, zum Anheben einer Konstante der Integrator mittel (28) für eine vorbestimmte Zeitspanne.
einen O2-Sensor (12), der eine Ausgangsspannung proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas des Motors (1) abgibt,
ein Rückkopplungs-Regelsystem (10) mit Integratormitteln (28) zum Integrieren eines Fehlersignales in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des O2-Sensors (12) zur Bereitstel lung eines Integrationssignales,
Mittel (29), die entsprechend dem Integrationssignal das Gemischverhältnis des dem Motor zugeführten Ge misches regeln,
ein magnetbetätigtes Ventil (9) mit einem Magneten (9 e) in einer Leitung, welche die unterdruckbetätigte Anordnung (8 b) mit dem Ansaugdurchlaß (2 a) verbindet,
wobei das Magnetventil (9) Öffnungen (9 a, 9 b) auf weist, um selektiv die unterdruckbetätigte Ventilan ordnung (8) mit einem Einlaßkrümmer (2 a) des Motors (1) oder der Atmosphäre zu verbinden,
Detektormitteln (11, 13, 14) zum Feststellen der Be triebsbedingungen des Motors (1) und zum Abgeben eines Motor-Betriebssignales, wenn die Betriebsbedingun gen einen vorbestimmten Wert erreicht haben,
Steuermittel (31), die auf das Motor-Betriebssignal hin ansprechen und den Magneten (9 c) ansteuern, um die unterdruckbetätigte Ventilanordnung (8 b) mit dem Einlaßkrümmer (2 a) in Verbindung zu bringen und das Ablaßventil (8) zu öffnen, und durch
Mittel (27), die auf das Motor-Betriebssignal anspre chen, zum Anheben einer Konstante der Integrator mittel (28) für eine vorbestimmte Zeitspanne.
2. Regelsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektormittel (11) Mittel sind, welche auf
die Kühlmitteltemperatur ansprechen und ein Signal
abgeben, wenn die Kühlmitteltemperatur einen vorbe
stimmten Wert überschreitet.
3. Regelsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Konstante der Integratormittel (28) die In
tegrationskonstante ist.
4. Regelsystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Konstante weiterhin einen Proportionalanteil
umfaßt.
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