DE4040527A1 - Luft-brennstoff-verhaeltnis-steuersystem fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für Brennkraftmaschinen, die einen Sauerstoffsensor zur Erfassung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses verwenden, und das Steuersystem eine Rückkopplungssteuerung, abhängig von den Ergebnissen der Erfassung, ausführt.

Eine Brennkraftmaschine, die an einem Kraftfahrzeug angebracht ist, hat einen Katalysator in einem Abgasrohr zur Reinigung des Abgases. Es ist in der Praxis weit verbreitet, daß ein Sauerstoffsensor dazu verwendet wird, die Zusammensetzung des Abgases zu erfassen und daß eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt wird, um das tatsächliche Luft-Brennstoff-Verhältnis zu veranlassen, ein theoretisches Luft-Brennstoff-Verhältnis abhängig von den Ergebnissen der Erfassung zu erreichen, wodurch eine gute Effizienz der Reinigung erreicht wird.

Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen, wo ein Brennstoffeinspritzsystem dargestellt ist, bei dem eine derartige Luft-Brennstoff-Steuerung durchgeführt wird. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen (1) eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern. Das Bezugszeichen (2) bezeichnet ein Einlaßrohr, das der Brennkraftmaschine (1) Einlaßluft zuführt. Die Bezugszeichen (3a, 3b, 3c, 3d) bezeichnen Einspritzdüsen, die in einem Einlaßverteiler des Einlaßrohres (2) angeordnet sind und die den jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine (1) entsprechen und diesen Brennstoff zuführen. Das Bezugszeichen (4) bezeichnet eine Drosselklappe, die in der Einlaßleitung (2) angeordnet ist, um die Menge der dem Motor zugeführten Einlaßluft einzustellen. Das Bezugszeichen (5) bezeichnet einen Luftströmungssensor (AFS), der die Einlaßluftmenge erfaßt, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Das Bezugszeichen (6) bezeichnet ein Abgasrohr, das zum Ausstoßen des Abgases von der Brennkraftmaschine verwendet wird. Das Bezugszeichen (7) bezeichnet einen Sauerstoffsensor, der im Abgasrohr (6) angeordnet ist und die Sauerstoffkonzentration im Abgas erfaßt. Das Bezugszeichen (8) bezeichnet einen katalytischen Reaktor, der im Abgasrohr (6) angeordnet ist und das Abgas durch Verwendung eines Katalysators reinigt. Das Bezugszeichen (9) bezeichnet einen Umdrehungssensor, der ein Impulssignal, abhängig von einer Umdrehung der Brennkraftmaschine (1) erzeugt. Das Bezugszeichen (20) bezeichnet eine elektronische Steuereinheit (ECU), die eine benötigte Brennstoffzuführung berechnet, abhängig von Eingabedaten bezüglich der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, die vom Luftströmungssensor (5), dem Sauerstoffsensor (7), dem Umdrehungssensor (9) und dergleichen erfaßt werden. Die elektronische Steuereinheit liefert ein Signal nach Maßgabe der berechneten Ergebnisse zum Antrieb der Einspritzdüsen (3a-3d).

In einer derartigen Anordnung verwendet die elektronische Steuereinheit (10) als Hauptdaten ein Einlaßluftmenge-Signal, das durch den Luftströmungssensor (5) erfaßt wird, und ein Impulssignal, das durch den Umdrehungssensor (9) erhalten wird. Die elektronische Steuereinheit (10) berechnet eine grundlegende Brennstoffeinspritzmenge, abhängig von den Hauptdaten zur Bestimmung einer Steuerimpulsbreite für die Einspritzdüsen (3a-3d). Die Einspritzdüsen (3a-3d) werden aufeinanderfolgend impulsgesteuert, abhängig von einem gegebenen Umdrehungssignal, und der Brennstoff wird in einen Einlaßverteiler in der der Impulsbreite entsprechenden Menge eingespritzt.

Bei der Steuerung, bei welcher eine derartige Berechnung zur Einstellung einer erforderlichen Brennstoffmenge durchgeführt wird, entspricht das tatsächliche Luft-Brennstoff-Verhältnis nicht immer dem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis. Das tatsächliche Luft-Brennstoff-Verhältnis ändert sich in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 5% gegenüber dem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis, bedingt durch einen Betriebsfehler der Einspritzdüsen (3a-3d) und einen Erfassungsfehler des Luftströmungssensors (5). Um diesem Problem zu begegnen, enthält das bekannte Brennstoffeinspritzsystem den Sauerstoffsensor (7), um die Sauerstoffkonzentration im Abgas zu erfassen, und führt eine Rückkopplungssteuerung, abhängig von einem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors, durch, wobei versucht wird, daß das tatsächliche Luft-Brennstoff-Verhältnis dem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis entspricht. Der Sauerstoffsensor (7) gibt eine Ausgangsspannung ab, dessen Vorzeichen sich umkehrt, wobei das theoretische Luft-Brennstoff-Verhältnis gemäß Fig. 4 als Bezugswert verwendet wird. Die Brennstoffmenge wird erhöht und erniedrigt, abhängig von einer Umkehr der Ausgangsspannung, um die Rückkopplungssteuerung durchzuführen, wobei das theoretische Luft-Brennstoff-Verhältnis gemäß Fig. 5 als Zielwert vorliegt. Auf diese Weise kann der katalytische Reaktor (8) die Effizienz der Reinigung des Abgases bei einem Maximalwert gewährleisten, wodurch die Einwirkung auf die Umgebung so gering wie möglich gehalten wird.

Bei einem derartigen bekannten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem zeigt das Ausgangssignal aus dem Sauerstoffsensor (7) in der Tat einen Durchschnitt der Werte an, die in den verschiedenen Zylindern erhalten werden können. Infolgedessen liegt eine Schwankung im tatsächlichen Luft-Brennstoff-Verhältnis der jeweiligen Zylinder gegenüber dem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis vor, wie aus Fig. 6 hervorgeht. Dies bedeutet, daß die Effizienz der Reinigung im katalytischen Reaktor (8) nicht auf einem Idealwert aufrechterhalten werden kann, so daß das Abgas aus der Brennkraftmaschine (1) eine nachteilige Einwirkung auf die Umgebung bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Nachteil des bekannten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems zu beseitigen und ein neues, verbessertes Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für Brennkraftmaschinen zu schaffen, das in der Lage ist, das Abgas aus den Zylindern auf einem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis zu halten.

Die vorstehend erwähnte Aufgabenstellung sowie weitere Aufgabenstellungen der Erfindung wurden gelöst durch Anordnung eines Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems für eine Brennkraftmaschine, die gekennzeichnet ist durch: eine Brennkraftmaschine mit einer Anzahl Zylinder und Abgasleitungen entsprechend den jeweiligen Zylindern; eine Anzahl Sauerstoffsensoren, die in den jeweiligen Abgasleitungen angeordnet sind, um die Zusammensetzung des Abgases aus dem jeweiligen Zylinder zu erfassen; und eine Steuereinheit zur unabhängigen Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses des jeweiligen Zylinders, abhängig von den Ausgangssignalen aus den Sauerstoffsensoren; und die zeitliche Steuerung, wenn die Ausgangssignale aus den jeweiligen Sauerstoffsensoren abgetastet werden, in einem Ausschiebehub des zugeordneten Zylinders oder einer Periode eingestellt wird, die geringfügig später als dieser ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem ferner gekennzeichnet durch: eine Anzahl von Einspritzdüsen zur Brennstoffzuführung, die derart angeordnet sind, daß sie den in Frage stehenden Zylindern entsprechen, wobei, wenn das Ausgangssignal aus einem der Sauerstoffsensoren (11a-11d) sich während einer vorgegebenen Zeitspanne oder länger kontinuierlich auf einem fetten oder mageren Stand befindet, die Einspritzdüse, die dem Sauerstoffsensor auf dem fetten oder mageren Stand entspricht, am Arbeiten gehindert wird, um die Brennstoffzuführung zu dem entsprechenden Zylinder zu sperren.

Erfindungsgemäß kann die Einstellung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in den jeweiligen Zylindern unter einer Rückkopplungssteuerung abhängig vom Ausgangssignal des zugeordneten Sauerstoffsensors erfolgen, um das Abgas aus den jeweiligen Zylindern auf dem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis zu halten.

Eine vollständigere Würdigung der Erfindung und vieler ihrer begleitenden Vorteile wird mühelos erhalten durch ein besseres Verständnis derselben unter Bezugnahme auf die nachfolgende Einzelbeschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführunsform des Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die den Betriebstakt des Systems nach Fig. 1 angibt;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines bekannten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems; und

Fig. 4 bis 6 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Betriebes des bekannten Systems.

Es wird nunmehr auf die Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszeichen identische oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten wiedergeben und, insbesondere auf Fig. 1, wo eine schematische Ansicht des Aufbaus eines typischen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems dargestellt ist. Bei der Fig. 1 wird die Erläuterung der Teile aus Gründen der Einfachheit weggelassen, die durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 bezeichnet werden.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen (11a, 11b, 11c, 11d) Sauerstoffsensoren, die sich in Abgasleitungen (6a, 6b, 6c, 6d) eines Abgasverteilers befinden, wobei die Abgasleitungen unabhängig voneinander ausgebildet sind, um zu den jeweiligen Zylindern einer Brennkraftmaschine (1) zu führen. Die Sauerstoffsensoren (11a-11d) liefern Ausgangssignale an eine elektronische Steuereinheit (ECU) (10). ECU (10) tastet die Ausgangsspannungen aus den Sauerstoffsensoren (11a-11d) ab, wenn die jeweiligen in Frage stehenden Zylinder sich im Ausschiebehub befinden. ECU (10) erhöht und verringert die Brennstoffzuführungsmenge, so daß das Vorzeichen der jeweiligen in Frage stehenden Ausgangsspannungen umgekehrt wird. Die zeitiche Steuerung, wenn die Ausgangsspannungen von den Sauerstoffsensoren (11a-11d) abgetastet werden, kann in der Öffnungsperiode der Auslaßventile der jeweiligen in Frage stehenden Zylinder eingestellt werden, oder in einer Periode, die geringfügig später als die Öffnungsperiode der Auslaßventile ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, wodurch die Erfassung eines Abgases aus nicht in Frage stehenden Zylindern vermieden wird.

Somit können die Sauerstoffsensoren (11a-11d), die Abgaszusammensetzung in den jeweiligen in Frage stehenden Zylindern genau erfassen. Auf diese Weise kann ECU (10) die Einspritzdüsen (3a-3d), abhängig von den Ausgangssignalen aus den Sauerstoffsensoren steuern, so daß das tatsächliche Luft-Brennstoff-Verhältnis sich einem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis annähern kann.

Die Anordnung, in welcher die Sauerstoffsensoren (11a-11d) derart angeordnet sind, daß sie den jeweiligen Zylindern entsprechen, gestattet es, für jeden Zylinder, ein wahres Luft-Brennstoff-Verhältnis zu erfassen. Die jeweiligen Zylinder können abhängig von Ausgangssignalen gesteuert werden, die ein Maß für das wirkliche Luft-Brennstoff-Verhältnis sind, um das theoretische Luft-Brennstoff-Verhältnis zu erzielen, wodurch ein katalytischer Reaktor (8) in die Lage versetzt wird, die beste Effizienz der Reinigung des Abgases aufrechtzu­ erhalten.

Falls irgendeiner der Zylinder infolge irgendwelcher Schwierigkeiten eine Fehlzündung hat, wird unverbranntes Gas in eine Abgasleitung (6) ausgegeben und führt zu einer Umweltverschmutzung. Erfindungsgemäß liefert der eine der Sauerstoffsensoren (11a-11d), der dem Zylinder mit Fehlzündung entspricht, kontinuierlich ein Ausgangssignal, das in diesem Fall einen reichen oder mageren Zustand angibt. Zeigt sich, daß der reiche oder magere Zustand während einer vorgegebenen Zeitdauer oder länger anhält, abhängig vom Ausgangssignal des Sauerstoffsensors, der dem Zylinder mit Fehlzündung entspricht, kann die Einspritzdüse (3a, 3b, 3c, 3d), die dem Zylinder mit Fehlzündung entspricht, am Betrieb gehindert werden, so daß die Brennstoffzuführung angehalten wird, wodurch das Ausschieben von unverbranntem Gas verhindert wird.

ECU (10) kann aus einer elektronischen Analogschaltung oder aus einem Mikrocomputer in bekannter Weise bestehen. Obgleich die Erläuterung der Ausführungsform bezüglich einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern erfolgte, kann die Erfindung daneben bei Brennkraftmaschinen mit einer Vielzahl von Zylindern verwendet werden.

Offensichtlich sind zahllose Modifizierungen und Abänderungen der Erfindung aufgrund der angegebenen Lehre möglich und diese werden im Rahmen der anliegenden Ansprüche von der Erfindung mitumfaßt.

Claims (2)

1. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch:
eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Anzahl Zylinder und Abgasleitungen (6a-6d) entsprechend den jeweiligen Zylindern;
eine Anzahl Sauerstoffsensoren (11a-11d), die in den jeweiligen Abgasleitungen angeordnet sind, um die Zusammensetzung des Abgases aus dem jeweiligen Zylinder zu erfassen; und
eine Steuereinheit (10) zur unabhängigen Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses des jeweiligen Zylinders, abhängig von den Ausgangssignalen aus den Sauerstoffsensoren (11a-11d);
und die zeitliche Steuerung, wenn die Ausgangssignale aus den jeweiligen Sauerstoffsensoren abgetastet werden, in einem Ausschiebehub des zugeordneten Zylinders oder einer Periode eingestellt wird, die geringfügig später als dieser ist.

2. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch:
eine Anzahl von Einspritzdüsen (3a-3d) zur Brennstoffzuführung, die derart angeordnet sind, daß sie den in Frage stehenden Zylindern entsprechen,
wobei, wenn das Ausgangssignal aus einem der Sauerstoffsensoren (11a-11d) sich während einer vorgegebenen Zeitspanne oder länger kontinuierlich auf einem fetten oder mageren Stand befindet, die Einspritzdüse, die dem Sauerstoffsensor auf dem fetten oder mageren Stand entspricht, am Arbeiten gehindert wird, um die Brennstoffzuführung zu dem entsprechenden Zylinder zu sperren.