DE4230487A1

DE4230487A1 - Verfahren und vorrichtung zur einstellung des luft-/brennstoff-mischungsverhaeltnisses einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4230487A1
Application number: DE4230487A
Authority: DE
Inventors: Bo Christer Andreasson
Original assignee: Electrolux AB
Current assignee: Husqvarna AB
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2012-09-12
Also published as: SE9102631D0; SE502639C2; DE4230487C2; SE9102631L; US5226920A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Luft/Brennstoff-Mi schungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine.

Brennkraftmaschinen erzeugen unerwünschte Abgase, deren Zu sammensetzung durch das Luft/Brennstoff-Mischungsverhältnis der Maschine beeinflußt wird. Nach der zur Zeit angewandten Technik für die Einstellung eines Vergasers stellt der Bedie ner den Vergaser manuell bei Vollgas ein, um eine empfohlene maximale Drehzahl zu erzielen. Aufgrund der Unstabilität von zur Zeit verwendeten Membranvergasern muß eine solche Ein stellung mehrmals täglich durchgeführt werden. Diese Technik ist unzureichend, um neue Bedürfnisse zu befriedigen, da sie keineswegs sicherstellt, daß der Kohlenwasserstoff- und Koh lenmonoxidgehalt in den vorgeschriebenen Grenzen bleibt.

Bei Geräten wie beispielsweise Kettensägen, Rasenmähern, Räumsägen und dergl. sind die Herstellungskosten aufgrund der niedrigen Preise für die Geräte wesentlich. Bei Geräten die ser Art wird normalerweise ein magnetisches Zündsystem ohne Generator verwendet.

Es ist bereits bekannt, kleinere Veränderungen der Drehzahl von einer Umdrehung zur anderen durch eine elektronische Vor richtung zu ermitteln, die mit einem magnetischen Zündsystem verbunden ist, in welchem das Signal, das durch den Zündmagneten in der Primärwicklung erzeugt wird, dazu verwendet wird, die Drehzahl der Maschine zu messen, indem die Zeit zwischen den Impulsen gemessen wird. Dieses Ver fahren ist sehr genau, wobei sogar kleine Veränderungen der Drehzahl ermittelt werden können, und es erfolgt ebenfalls eine schnelle Antwort. Das Verfahren ist aus dem Schwedischen Patent No. 84 03 280-4 bekannt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zurunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Luft/Brennstoff-Mischungsverhältnisses einer Brennkraft-Maschine bereitzustellen, mit der bzw. dem das Brenn stoffzufuhrsystem auf eine optimale magere Luft/Brennstoff- Mischung eingestellt werden kann, um die Abgasemissionen, ins besondere von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, auf ei nem niedrigen Niveau zu halten.

Das Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 an gegeben, während die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe in Anspruch 4 angegeben ist.

Die Erfindung ermöglicht es, das oben erwähnte Verfahren auch dann zu verwenden, wenn die Luft/Brennstoff-Mischung zu mager ist, so daß die Maschinen unregelmäßig laufen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Kombination der Ei chungselektronik mit der Elektronik für die Zündanlage, um die Kosten zu minimieren. Dadurch, daß ein Teil der Energie des Zündmagneten für die Stromversorgung der elektronischen Steuerung verwendet wird, ist kein zusätzlicher Generator oder eine Batterie erforderlich.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die entsprechenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung der Vorrichtung;

Fig. 2 eine Kurve der induzierten Primärspannung in der Zündspule;

Fig. 3 eine Kurve der ersten Ableitung der Drehzahlkurve,

Fig. 4 eine Kurve einer weiteren Ableitung (vergrößert);

Fig. 5 eine Kurve einer gemittelten Ableitung als Funktion des Luft/Brennstoff-Mischungsverhältnisse;

Fig. 6 ein Diagramm der Maschinenleistung als Funktion des Luft/Brennstoff-Mischungsverhältnisse und

Fig. 7 ein Diagramm der Motordrehzahl als Funktion der Zeit.

Die Schaltung der Vorrichtung nach Fig. 1 umfaßt einen Mikro- Computer 10. Die Stromversorgung der elektronischen Schaltun gen und des Computers erfolgt durch negative Halbperioden der Primärspannung eines Zündgenerators 11, welcher einen Konden sator 12 auf Betriebsspannung geladen hält. Ein Transistor- Verstärker 13, 14 wird dazu verwendet, zu einem Zeitpunkt A (Bezugspunkt) der Spannungskurve (Fig. 2) Impulse abzugeben, und in diesem Fall liegt dieser Bezugspunkt bei 0.6 Volt vor dem Nulldurchgang des nach oben verlaufenden Teils der Kurve. Der Impuls wird an den Mikro-Computer als Startsignal für einen Vorgang abgegeben, der schematisch beschrieben wird.

Der Eingang, an dem das Signal eingegeben wird, wird gelesen, und der Zeitpunkt A wird als Bezugspunkt gespeichert. Dieses Speichern wird dadurch ermöglicht, daß der Mikro-Computer einen Zeitgeber aufweist, der mit einer vorgegebenen Frequenz arbeitet. Bei jedem Bezugspunkt wird die Zahl der Impulse seit dem vorhergehenden Bezugspunkt (Entfernung A-A) gelesen, wobei die Zahl der Impulse einer Umdrehung von 360° ent spricht. Durch Dividieren der Zahl der Impulse durch eine festgelegte Zahl, beispielsweise durch 16, erhält man eine Zahl von Impulsen, die einem Zündwinkel von 360/16 = 22,5° entspricht. Diese Zahl ist eine spezifizierte Bezugszahl und stellt einen Speicherfaktor in dem Festspeicher des Computers dar. Die Bezugszahl kann von der Drehzahl abhängig sein und ist bei niedriger Drehzahl umgekehrt proportional (gerade ho rizontale Linie). Wenn die Zahl der Impulse des Zeitgebers die Bezugszahl erreicht (der Vergleich wird in einer UND- Schaltung durchgeführt), wird die Zündung durch einen Ausgang des Computers ausgelöst. Der Zeitgeber wird jedes Mal, wenn ein Bezugspunkt auftritt, auf Null gesetzt, und ein Vorwärtszählen zu der Bezugszahl hin wird vor jedem Zünd funken durchgeführt.

Fig. 2 zeigt die in der Primärwicklung 15 einer Zündspule in duzierte Spannung, wenn ein Permanentmagnet 16 eines Schwungrades den Eisenkern 17 der Zündspule passiert. Der Be zugspunkt A (Triggerpunkt) wird für die Zeitmessung verwen det, und die Zeit T zwischen zwei Bezugspunkten wird für die Messung der Drehzahl und die Berechnung der ersten Ableitung der Drehzahlskurve verwendet. Die Drehzahl der Maschine be trägt 1/T und die erste Ableitung erhält man durch die Sub traktion zweier aufeinander folgenden Werte der Drehzahl der Maschine.

Fig. 3 zeigt die erste Ableitung bei Beschleunigung oder Ver langsamung der Maschine. Jede Säule zeigt einen berechneten Wert, der bei jeder Umdrehung der Maschine auftritt. Die Ab leitung ist während der Beschleunigung positiv und während der Verlangsamung negativ. Bei konstanter Drehzahl ist der Durchschnittswert der ersten Ableitung gleich Null. Die Ableitung schwankt jedoch geringfügig aufgrund der kleinen Veränderungen der Drehzahl durch Unregelmäßigkeiten bei der Verbrennung. In Fig. 4 sind solche Unregelmäßigkeiten ge zeigt, der Durchschnittswert ist jedoch näherungsweise gleich Null.

Die Abhängigkeit der Ableitung vom Luft/Brennstoff -Mischungs verhältnis A/F der Verbrennungsgase der Maschine stellt die Kurve dar, die den Mittelwert des Absolutwertes der ersten Ableitung zeigt (Fig. 5). Die Kurve zeigt, daß der Absolut wert der Ableitung mit einem mageren Luft/Brennstoff-Gemisch ansteigt, und daß zur Minimierung des Kohlenmonoxidgehaltes der Abgase ein Bereich gewählt wird (schraffiert), bei wel chem dieser Gehalt bei 1 bis 1.5% liegt, und dadurch werden die Betriebsdaten der Maschine bestimmt.

Fig. 6 zeigt die Veränderung der Maschinenleistung P mit dem Luft-Brennstoff-Mischungsverhältnis A/F. Die Leistung nimmt sowohl bei einer zu fetten als auch bei einer zu mageren Mi schung ab, am meisten jedoch bei einer zu mageren Mischung. Wenn die Mischung magerer eingestellt wird, wenn die Maschine bei konstanter Last arbeitet, nimmt die Drehzahl ab. Fig. 7 zeigt wie Fig. 6 die Änderung der Drehzahl bei Veränderung im Luft-Brennstoff-Mischungsverhältnis A/F. Der Steuerbereich (schraffiert) befindet sich gerade an der Stelle, und der die Drehzahl abzunehmen beginnt. Die Einstellung wird durch einen Mikro-Computer 10 durchgeführt, der die Antriebsschaltungen 18 eines Elektromotors 19 steuert, der mit der Brennstoffdüse des Vergasers der Maschine verbunden ist, wodurch verschie dene Einstellungen mit Hilfe des Computers vorgenommen werden können.

Ein Verfahren für die Einstellung des Vergasers auf den er wähnten Bereich begrenzter Emissionen wird im folgenden be schrieben. Die Eichung beginnt, wenn die Drehzahl der Ma schine für 0.5 sec konstant war und wenn die Drehzahl inner halb der Grenzen der normalen Arbeitsdrehzahl liegt. Bei ei ner Kettensäge sind dies beispielsweise 7000 bis 11 000 U/min. Die konstante Drehzahl kann so definiert sein, daß die Schwankung der Drehzahl beispielsweise 200 U/min innerhalb von 0.5 sec nicht überschreiten darf, oder daß der Mittelwert der ersten Ableitung einen zulässigen Absolutwert innerhalb von 0.5 sec nicht überschreiten darf. Dieser Zeitabschnitt entspricht 75 Umdrehungen der Maschine bei 9000 U/min, was dazu ausreicht, einen zuverlässigen Wert zu erhalten.

Wenn die Eichung begonnen hat, werden die diskreten Absolut werte der ersten Ableitung während beispielsweise 25 Umdre hungen gemessen. Aus diesen Werten wird ein Mittelwert D_ml gebildet, der als Bezugswert verwendet wird (Fig. 5). Wenn D_ml einen im Labor gemessenen Bezugswert D_b übersteigt, ist das Luft/Brennstoff-Gemisch nicht fett genug. Das Luft/Brennstoff-Gemisch wird dann in Schritten von ungefähr 4% fetter eingestellt, bis der Mittelwert der ersten Ablei tung nahe bei D_b liegt.

Im nächsten Schritt wird das Luft/Brennstoff-Gemisch gering fügig fetter eingestellt, beispielsweise um 4%. Ein Mittel wert D_m2 des Absolutwertes der ersten Ableitung wird bei 25 Umdrehungen erneut berechnet. Dieser Mittelwert wird mit dem gemittelten Bezugswert verglichen sowie mit einem Grundbe zugswert D_g, der zuvor im Labor gemessen wurde. Wenn der Wert D_m2 nahe bei D_ml liegt, ist das ein Zeichen dafür, daß das Luft/Brennstoff-Mischungsverhältnis magerer eingestellt wer den kann, da die Anreicherung des Brennstoffes keine bedeu tende Änderung zur Folge hatte. Zusätzliche Sicherheit erhält man, indem D_m2 und D_ml mit D_g verglichen werden. Wenn ande rerseits D_m2 deutlich unter D_ml liegt, ist das ein Zeichen dafür, daß die Maschine schon auf mageren Brennstoff einge stellt ist. D_ml kann dann mit mit dem im Labor gemessenen Be zugswert D_b verglichen werden. Wenn D_ml nahe bei D_b liegt, wird die Eichung unterbrochen und das Luft/Brennstoff-Gemisch wird wieder auf die vorherige Einstellung D_ml eingestellt. Andererseits wird die Eichung fortgesetzt, wenn es möglich ist, das Luft/Brennstoff-Mischungsverhältnis magerer einzu stellen.

Wenn die Eichung fortgesetzt wird, wird das Luft/Brennstoff- Mischungsverhältnis ungefähr 4% magerer eingestellt als die Anfangseinstellung D_ml. Erneut wird ein Mittelwert D_m3 des Absolutwertes der ersten Ableitung berechnet. Wenn D_m3 höher ist als D_m1, arbeitet die Maschine auf der Flanke, an der die Magereinstellung des Luft/Brennstoff-Mischungsverhältnisses eine Divergenz der Maschine auslöst. D_m3 wird ebenfalls mit D_b verglichen. Wenn diese Werte nahe beieinander liegen, ist die Eichung abgeschlossen. Wenn D_m3 niedriger ist, wird die Eichung in gleicher Weise schrittweise fortgesetzt, bis der Meßwert dem Bezugswert nahekommt.

Es sollte klar sein, daß dieses Verfahren eine Anzahl von Schritten umfaßt, welche in den Computer eingegeben werden können, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Im Rahmen der Erfindungen können jedoch Änderungen am Programm vorgenommen und ähnliche Computer verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Einstellung des Luft/Brennstoff- Mischungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine mit ei nem elektronisch einstellbaren Vergaser oder Brenn stoffzufuhrsystem mit Hilfe einer Detektor-Steuerschal tung, die über einen Zündmagneten eines Zündsystems oder einen Generator mit Strom versorgt wird und die einen Tachometer, eine Datenverarbeitungsvorrichtung, einen elektronischen Speicher und eine Steuereinheit zur Einstellung des Luft/Brennstoff-Mischungsverhält nisses umfaßt, wobei die erste Ableitung der Drehzahl als Parameter für die Einstellung verwendet wird, da durch gekennzeichnet, daß die Einstellung nach einem Zeitabschnitt erfolgt, in dem die Drehzahl der Maschine im wesentlichen konstant war, und daß der im wesentlichen konstante Verlauf der Drehzahl durch die Berechnung des Mittelwertes der Ab leitung ermittelt wird, wobei die Drehzahl der Maschine als im wesentlichen konstant angenommen wird, wenn der Mittelwert der Ableitung näherungsweise gleich Null ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Luft/Brennstoff-Mischungsverhältnis schrittweise oder nacheinander eingestellt wird, wenn die Maschine unter Last arbeitet, bis die erste Ableitung (Dreh zahlsveränderungen) eine zuvor festgelegte Höhe er reicht hat oder ein Abbruchspunkt für die Magereinstel lung festgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Luft/Brennstoff-Mischungsverhältnis schrittweise oder nacheinander eingestellt wird, wenn die Maschine unter Last arbeitet, bis die Grenze der Magerein stellung als eine Funktion der Reduzierung der Drehzahl der Maschine festgestellt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, umfassend eine elektronische Detektor-Steuer schaltung, einen Tachometer, eine Datenverar beitungsvorrichtung und eine Steuereinheit zur Ein stellung der Brennstoffmenge im Vergaser, gekennzeich net durch eine Schaltung für die Berechnung der ersten Ableitung der Drehzahl der Maschine, und einen Spei cher, der die Information der letzten korrekten Ein stellung speichert, auch wenn die Maschine abgeschaltet ist.