EP0134466A2 - Verfahren und Vorrichtung zur lambda-Regelung des Kraftstoffgemisches für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur lambda-Regelung des Kraftstoffgemisches für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0134466A2
EP0134466A2 EP84107679A EP84107679A EP0134466A2 EP 0134466 A2 EP0134466 A2 EP 0134466A2 EP 84107679 A EP84107679 A EP 84107679A EP 84107679 A EP84107679 A EP 84107679A EP 0134466 A2 EP0134466 A2 EP 0134466A2
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EP
European Patent Office
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combustion engine
internal combustion
oxygen probe
operating parameters
time
Prior art date
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EP84107679A
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English (en)
French (fr)
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EP0134466A3 (en
EP0134466B1 (de
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Richard Bertsch
Dieter Günther
Hans Schnürle
Ulrich Steinbrenner
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP0134466A3 publication Critical patent/EP0134466A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
    • F02D41/1474—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method by detecting the commutation time of the sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for carrying out this method for regulating the air-fuel ratio of the operating mixture supplied to an internal combustion engine using an oxygen probe ( ⁇ probe) that is sensitive to the oxygen content of the burned operating mixture.
  • the probe practically delivers a binary output signal in such a way that the value "high” (corresponds to approx. 1 volt) for a rich mixture and the value "low” (corresponds to approx. 50 mV) for a lean mixture.
  • the output signal of the oxygen probe is applied to a control device, which in turn influences the air-fuel ratio via actuators. If the probe detects a rich mixture, the fuel supply is throttled, for example, so that after a certain delay time, which is given by the running time of the air-fuel mixture by the internal combustion engine, a lean fuel mixture is indicated by the probe output signal. Accordingly, the mixture is enriched again via the fuel metering system until the oxygen probe again indicates a mixture that is too rich. In the steady state, the output signal of the oxygen probe accordingly swings back and forth between its two possible states "high” and "low".
  • a speed-adaptive PI controller is used in the known A controls.
  • the P and I components of these controllers cannot be chosen to be of any size for various reasons. The reason for this lies, on the one hand, in an undesirably high exhaust gas emission due to dynamic mismatches, which result from the running time of the air-fuel mixture by the internal combustion engine mentioned above. On the other hand, the running behavior of the internal combustion engine would only deliver unsatisfactory values even in stationary operation.
  • a ⁇ control device is disclosed in DE-OS 22 06 276, in which the time between two switching operations of the probe output signal is detected and after a predetermined time has elapsed cut, in which no switching takes place, is switched to another integration time constant, in particular a smaller time constant of the integral controller.
  • the method according to the invention and the device for carrying out the method for A control of the fuel mixture for an internal combustion engine with the features of the main claim and auxiliary claim ensure an improvement in the dynamic behavior of the A control, in particular in the event of mismatches due to an inaccurate idling setting, so that a reduction in the exhaust emission level or an improvement in the overall conversion rate of a catalytic converter installed in the exhaust system results.
  • the fact that mismatches are largely eliminated proves to be particularly advantageous.
  • the device according to the invention is equally suitable for use in an analog or digital signal processing unit for processing the output signal of the oxygen probe.
  • FIG. 1a shows an embodiment of the device for A control according to the invention
  • FIG. 1b shows a detailed illustration of the reset device to avoid overshoots of the signal processing unit
  • FIG. 2 shows a time diagram of various signal curves occurring at specially marked points of the device according to the invention to explain the functioning of the embodiment of Figure 1a.
  • An oxygen probe is numbered 10 in FIG. 18, which oxygen probe 10 can be represented in the equivalent circuit diagram by a voltage source U S and a resistor R I.
  • the output signal of the oxygen probe 10, which is identified by the letter A, is fed to a signal processing unit 13, which consists of the series circuit of a comparison device 14, a ⁇ shift circuit 15, an integrator control 16 and an amplifier 17.
  • the output signal of the amplifier 17, which is denoted by the letter E, is used at least to correct the actuation of the actuators for setting the air-fuel ratio.
  • the integrator controller 16 can have various operating parameters of the internal combustion engine, denoted by arrows, such as the instantaneous fuel or air flow rate Q, the rotational speed n, load signals L or else the temperature ⁇ are supplied.
  • the integrator controller 16 is connected to the comparison device 14, a control circuit 18 and a counter 19 via a connecting line.
  • the control circuit 18 is supplied with further variables which characterize the operating parameters of the internal combustion engine, such as, for example, Q, n, ⁇ and signals which indicate idling (LL) or full load (VL).
  • the output signal of the comparison device 14 marked B is not only present at the counter 19 but also at a clock generator designated 20. This clock generator is also acted upon by different sizes of the internal combustion engine, such as Q, n or ⁇ .
  • the connecting line between the clock generator 20 and the counter 19 can be interrupted by a switch 21 shown in broken lines, so that the output signals of the clock generator 20 denoted by the letter C are connected via a reset device 22 to the input of the counter 19 denoted by the letter F.
  • the reset device 22 is supplied with the output signal B of the comparison device 14 via a delay circuit 23.
  • the output signals of the counter 19 go to a digital-to-analog converter 24 which is connected on the output side to the input of the amplifier 17 via the line denoted by the letter D via the series connection of two capacitors 25 and 26.
  • the capacitor 25 is also bridged by a resistor 27.
  • the output signal C of the clock generator 20 is supplied on the one hand to a monoflop 28, the pulse duration of which is set to a time period t 2 , and on the other hand to an OR gate 29.
  • the monoflop 28 drives a second monoflop 30 at the "enable" input.
  • the second monoflop 30 is connected to the delay stage 23, which in turn is connected to the output of the comparison device 14.
  • the output signal of the second monoflop 30 is also applied to an input of the OR gate 29, the output of which drives the counter 19.
  • the operation of the switch 21 is to be understood in such a way that either the points C and F are connected and the reset device 22 is out of operation or that the points C and F are connected via the ready-to-use reset device 22.
  • the mode of operation of the device according to the invention will be explained in the following with the aid of the signal diagrams in FIG. 2:
  • the clock generator 20 is reset in each case with the falling and rising edge of the signal B, so that the monitoring time interval identified by t 1 can be restarted. It is envisaged to vary the length of this time interval t 1 as a function of different operating parameters with which the clock generator 20 is controlled. In any case, care must be taken that the monitoring time t 1 is always chosen to be greater than the system dead time of the entire control arrangement.
  • the counter 19 is acted upon directly by this pulse sequence C.
  • the counting direction of the counter 19, which is preferably designed as an up / down counter, is likewise determined by the level of the output signal B of the comparison device 14.
  • the signal voltage present at the output of the digital / analog converter is shown in diagram D. It can be seen that for a low signal level, the pulses generated by the clock generator 20 are counted down. Accordingly, the output voltage supplied by the digital / analog converter increases as a function of the pulse sequence C when the output voltage of the comparison device assumes positive values.
  • the counter reading of the counter 19 is thus essentially a measure of the size of the correction factor of the ⁇ control, i.e. for the deviation of the air-fuel ratio preset from the stoichiometric value.
  • the output signals of the comparison device 14 are also fed to an A shift circuit 15, which delays the rectangular pulses, for example, as a function of the slope. With this unit it is possible to set ratios other than the stoichiometric for the air-fuel ratio.
  • a shift circuit 15 which delays the rectangular pulses, for example, as a function of the slope.
  • two current sources of opposite polarity are alternately activated depending on the output signal of the ⁇ shift circuit 15. It is first assumed that the output of the digital / analog converter 24 is at a constant potential. Then the signal E appears at the output of the amplifier 17, which is shown in broken lines in the diagram in FIG. E to explain the prior art and with which the fuel supply is at least corrected. In particular, the transition is bet - beispielsweir rule zwel as points, in which various correction values are represented.
  • the capacitor 26 is charged by one of the two current sources of the integrator control 16.
  • the second current source takes action and the capacitor 26 is discharged again.
  • the jump height between the charging and discharging process of the capacitor 26 is determined by the parallel connection of the capacitor 25 and the resistor 27. In the present case, this is referred to as P 1 , as shown in diagram E.
  • the switchable current sources of the integrator control 16 are entirely controllable as a function of various operating parameters of the internal combustion engine, such as, for example, the speed n of the load L or the air or fuel quantity or the temperature.
  • the signal curve at the output of the amplifier 17, which occurs in accordance with the device according to the invention, is shown in diagram E in FIG. 2 by the thick line Line course shown. Deviations from the course shown in dashed lines occur when the switching times of the oxygen probe 10 exceed the monitoring time t 1 . If this is the case, the pulse generator 20 generates a pulse which, in accordance with the predicted, causes an abrupt change in potential at the output of the digital / analog converter 24, which changes via the elements capacitor 25, 26 and resistor 27 to the input of the amplifier 17 is transmitted.
  • the dashed line indicates how the switching behavior of the probe would look when using known arrangements.
  • the probe would switch from H to L by the time difference ⁇ t F between t F and t F, St.dT later.
  • the level of the potential jump P 2 is determined by the sensitivity of the digital / analog converter 24 and can also be adjusted by this. With the output signal E of the amplifier 17, for example, the injection times are correctively controlled in such a way that when a lean ("low") mixture is present the fuel supply is increased and when a rich (“high”) mixture is present the fuel supply is reduced.
  • the reset device 22 shown in dashed lines in FIG. 1a has the following advantageous, additional properties: If, for example, the case occurs that the probe signal changes in a relatively short time after the monitoring time t 1 has elapsed, so "in retrospect" there is no longer any need to cause an additional increase or decrease in the potential at point D. Then the reset device 22 is activated, which neutralizes the previously performed intervention, ie resets the output signal of the digital / analog converter 24 to the previous value.
  • a further time period t 2 is defined with the aid of the first monostable flip-flop 28, which advantageously makes up half of the time period t 1 , but can also assume other values.
  • the second monostable multivibrator 30 is sensitive to signal changes of the comparison device 14 via a control input during this time period t 2 . If the clock generator 20 has generated a pulse, the monostable multivibrator 30 is activated for a period of time t 2 . If the oxygen probe switches from “high” to “low” or vice versa during this time period t 2 , the monostable multivibrator 30 generates an additional output signal as a function of this voltage jump, which is fed to the counter 19 via the OR gate 29. With the aid of this voltage pulse, the pulse previously supplied by the clock generator 20 is always reversed, since the direction of the counter 19 also changes as a result of the jump in the oxygen probe output signal.
  • the delay stage 23 is used for a small delay in the pulse sequence B in order to ensure that the counting direction of the counter 19 is switched reliably.
  • the corresponding pulse sequence F at the output of the reset device 22 is shown in diagram F in FIG.
  • the time t 2 was chosen as half the monitoring period t.
  • the time interval t 2 always runs after the time interval has elapsed valls t 1 .
  • only one switching operation of the oxygen probe falls in such a time interval t 2 .
  • the pulse additionally generated by the reset device 22 is identified in diagram F in FIG. 2 by an arrow.
  • the counter reading of the counter 19 and the voltage denoted D 'at the output of the digital / analog converter 24 also change accordingly.
  • the control circuit 18 makes it possible to regulate when certain operating situations of the internal combustion engine occur, e.g. in idle or full load operation, etc., switch off and switch to controlled mixture formation.
  • the counter 19 can be set by the control circuit 18 to a counter reading which is in particular dependent on the operating parameters.
  • This device ensures a very fast response behavior of the control arrangement, so that one comes very close to an optimal power output of the internal combustion engine with minimal pollutant emissions.
  • the length of the monitoring time t 2 can of course also be set as a function of operating parameters of the internal combustion engine or of the monitoring time t.
  • the device is not limited to a signal processing unit of the type described in the exemplary embodiment, but is also ideally suitable for use in a microcomputer-controlled signal processing unit.
  • a signal processing unit of the type described in the exemplary embodiment but is also ideally suitable for use in a microcomputer-controlled signal processing unit.
  • Such a version is no longer described in detail here, since such a computer-controlled embodiment does not pose any difficulties for the person skilled in the art.
  • the integrator control 16 can be controlled directly by the counter 19.
  • the output variable of the integrator control 16 can then be influenced directly by a counter 19 which can also be implemented by software via an ALU33 (arithmetic logic unit) which is connected to the counter 19 via the line 32.

Abstract

Es wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine mit einer Sauerstoffsonde (λ - Sonde) und einer an die Sauerstoffsonde angeschlossenen Signalverarbeitungseinheit, bei der die Möglichkeit vorgesehen ist, die Verarbeitungscharakteristik zwischen wenigstens zwei Umschaltvorgängen der Sauerstoffsonde nach Ablauf einer bestimmten, beispielsweise betriebsparameterabhängig einstellbaren Zeitdauer in Abhängigkeit von Betriebskenngroßen der Brennkraftmaschine wie Last, Drehzahl oder auch Temperatur zu beeinflussen, vorgeschlagen. Es ist vorgesehen, die Umschaltvorgänge einer Sauerstoffsonde (10) mittels der Überwachungszeit (t1) zu überwachen und im Falle des Ausbleibens der Schaltvorgänge der Sauerstoffsonde (10) die, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis bestimmende Ausgangsgröße Signalverarbeitungseinheit (13) sprungartig zu andern. Weiterhin ist zur Vermeidung von Überschwingern eine Rucksetzvorrichtung (22) vorgesehen, mit der ein Rucksetzen des Spannungssprunges am Ausgang der Signalverarbeitungseinheit (13) möglich ist, wenn der Schaltvorgang der Sauerstoffsonde (10) innerhalb einer auf die Überwachungzeit (t1) folgenden zweiten Zeitdauer (t2) erfolgt

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches unter Verwendung einer auf den Sauerstoffanteil des verbrannten Betriebsgemisches empfindlichen Sauerstoffsonde (λ -Sonde). Die Sonde liefert praktisch ein binäres Ausgangssignal in der Weise, daß für ein fettes Gemisch der Wert "high" (entspricht ca. 1 Volt) und für mageres Gemisch der Wert "low" (entspricht ca. 50 mV) angenommen wird. Der Umschaltpunkt der Sauerstoffsonde liegt in erster Näherung bei dem A -Wert λ = 1, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis genau dem stöchiometrischen Wert entspricht.
  • Mit dem Ausgangssignal der Sauerstoffsonde wird eine Regeleinrichtung beaufschlagt, die ihrerseits über Stellglieder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis beeinflußt. Erfaßt die Sonde fettes Gemisch, so wird beispielsweise die Kraftstoffzufuhr gedrosselt, so daß nach einer gewissen Verzögerungszeit, die durch die Laufzeit des Luft-KraftstoffGemisches durch die Brennkraftmaschine gegeben wird, ein mageres Kraftstoffgemisch durch das Sondenausgangssignal angezeigt wird. Dementsprechend erfolgt über das Kraftstoffzumeßsystem eine erneute Anreicherung des Gemisches bis die Sauerstoffsonde wiederum zu fettes Gemisch anzeigt. Im eingeschwungenen Zustand schwenkt das Ausgangssignal der Sauerstoffsonde dementsprechend ständig zwischen seinen beiden möglichen Zuständen "high" und "low" hin und her.
  • Zur Verarbeitung dieses Ausgangssignals der Sauerstoffsonde wird bei den bekannten A -Regelungen unter anderem ein beispielsweise drehzahladaptiver PI-Regler.verwendet. Die P- und I-Anteile dieser Regler können aus verschiedenen Gründen nicht beliebig groß gewählt werden. Die Ur- .sache dafür liegt zum einen in einer unerwünscht.hohen Abgasemission durch dynamische Fehlanpassungen, die aus der schon weiter oben erwähnten Laufzeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches durch die Brennkraftmaschine resultieren. Zum anderen würde das Laufverhalten der Brennkraftmaschine sogar im Stationärbetrieb nur unbefriedigende Werte liefern.
  • Zur Überwindung dieser Nachteile und zur einer Verbesserung der Trägheit der Regelanordnung wird in der DE-OS 22 06 276 eine λ-Regelungseinrichtung offenbart, bei der die Zeitdauer zwischen zwei Umsehaltvorgängen des Sondenausgangssignal erfaßt und nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitabschnittes, in dem keine Umschaltungen stattfinden, auf eine andere Integrationszeitkonstante, insbesondere eine kleinere Zeitkonstante des Integralreglers umgeschaltet wird.
  • Diese bekannte Regeleinrichtung hat sich in der Praxis an und für sich bewährt, obwohl ein optimales Verhalten der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine in Verbindung mit der. Abgasemission noch nicht gewährleistet ist.
  • Insbesondere kann in verschiedenen Betriebssituationen der Brennkraftmaschine der Fall auftreten, daß selbst mit dieser bekannten Regeleinrichtung ein zu träges Verhalten erreicht wird und Einbußen bezüglich Abgasreinheit und Fahrverhalten in Kauf genommen werden müssen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur A -Regelung des Kraftstoffgemisches für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Haupt- bzw. Nebenanspruches gewährleistet dagegen eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens der A -Regelung insbesondere bei Fehlanpassungen durch eine ungenaue Leerlaufeinstellung, so daß sich eine Senkung des Abgasemissionsgrades bzw. eine Verbesserung des Gesamtkonvertierungsgrades eines im Abgassystem eingebauten Katalysators ergibt. Besonders vorteilhaft erweist sich die Tatsache, daß Fehlanpassungen im hohen Maße abgebaut werden.
  • Insbesondere erweist es sich als vorteilhaft, daß die Möglichkeit vorgesehen ist, ein Überschwingen der Regeleinrichtung durch eine Rücksetzvorrichtung zu kompensieren.
  • Weiterhin erweist sich als vorteilhaft, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung gleichermaßen für die Verwendung in einer analogen bzw. digitalen Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung des Ausgangssignals der Sauerstoffsonde geeignet ist.
  • Weiter Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit der hachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den zugehörigen Zeichnungen.
    • Zeichnung
  • Es zeigen Figur 1a ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur A -Regelung, Figur 1b eine detallierte Darstellung der Rücksetzvorrichtung zur Vermeidung von Überschwingern der Signalverarbeitungseinheit und Figur 2 ein Zeitdiagramm von verschiedenen, an besonders gekennzeichneten Punkten der erfindungsgemäßen Vorrichtung auftretenden Signalverläufen zur Erläuterung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels der Figur 1a.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In Figur 18 ist eine Sauerstoffsonde mit der Nummer 10 bezeichnet, wobei sich diese Sauerstoffsonde 10 im Ersatzschaltbild durch eine Spannungsquelle US und einen Widerstand RI darstellen läßt. Das Ausgangssignal der Sauerstoffsonde 10, das durch den Buchstaben A gekennzeichnet ist, wird einer Signalverarbeitungseinheit 13 zugeführt, die aus der Serienschaltung einer Vergleichseinrichtung 14, einer λ -Verschiebeschaltung 15, einer Integratersteuerung 16 sowie einem Verstärker 17 besteht. Das Ausgangssignal des Verstärkers 17, das mit dem Buchstaben E bezeichnet ist, dient zumindestens zur Korrektur der Ansteuerung der Stellglieder für die Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Der Integratorsteuerung 16 können verschiedene, durch Pfeile bezeichnete Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise der momentane Kraftstoff- bzw. Luftdurchsatz Q, die Drehzahl n, Lastsignale L oder auch die Temperatur ϑ zugeführt werden. Weiterhin ist die Integratorsteuerung 16 über eine Verbindungsleitung mit der Vergleichseinrichtung 14, einer Steuerschaltung 18 und einem Zähler 19 verbunden.
  • Die Steuerschaltung 18 wird mit weiteren, die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Größen wie beispielsweise Q, n, ϑ und Signalen, die Leerlauf (LL) oder Vollast (VL) anzeigen, versorgt. Das mit B gekennzeichnete Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 14 liegt nicht nur am Zähler 19 sondern auch an einem mit 20 bezeichneten Taktgeber an. Auch dieser Taktgeber ist durch verschiedene Größen der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Q, n oder auch ϑ beaufschlagt.
  • Die Verbindungsleitung zwischen dem Taktgeber 20 und dem Zähler 19 kann durch einen gestrichelt eingezeichneten Schalter 21 unterbrochen werden, so daß die mit dem Buchstaben C bezeichneten Ausgangssignale des Taktgebers 20 über eine Rücksetzvorrichtung 22 auf den mit dem Buchstaben F bezeichneten Eingang des Zählers 19 aufgeschaltet sind. Als weiteres Eingangssignal wird der Rücksetzvorrichtung 22 über eine Verzögerungsschaltung 23 das Ausgangssignal B der Vergleichseinrichtung 14 zugeführt.
  • Die Ausgangssignale des Zählers 19 gelangen zu.einem Digital-Analog-Wandler 24, der ausgangsseitig über die mit dem Buchstaben D bezeichnete Leitung über die Serienschaltung von zwei Kondensatoren 25 und 26 an den Eingang des Verstärkers 17 angeschlossen ist. Der Kondensator 25 wird zusätzlich durch einen Widerstand 27 überbrückt.
  • In Figur 1b ist der Aufbau der Rücksetzvorrichtung 22 für eine spezielle Ausführungsform näher erläutert. Das Ausgangssignal C des Taktgebers 20 wird zum einen einem Monoflop 28, dessen Pulsdauer auf eine Zeitdauer t2 eingestellt ist und zum anderen einem Oder-Gatter 29 zugeführt. Der Monoflop 28 steuert einen zweiten Monoflop 30 am "Enable"-Eingang an. Der zweite Monoflop 30 ist an die Verzögerungsstufe 23 angeschlossen, die ihrerseits mit dem Ausgang der Vergleichseinrichtung 14 verbunden ist. Das Ausgangssignal des zweiten Monoflops 30 wird ebenfalls auf einen Eingang des Oder-Gatters 29 gelegt, dessen Ausgang den Zähler 19 ansteuert. Die Funktionsweise des Schalters 21 ist in der Weise zu verstehen, daß entweder die Punkte C und F verbunden sind und die Rücksetzvorrichtung 22 außer Betrieb ist oder daß die Punkte C und F über die betriebsbereite Rücksetzvorrichtung 22 verbunden sind.
  • Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll im folgenden anhand der Signaldiagramme der Figur 2 erläutert werden: Das Ausgangssignal der Sauerstoffsonde 10, dessen zeitlicher Verlauf dem Diagramm A der Figur 2 entsprechen soll, wird der Vergleichseinrichtung 14, die beispielsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet sein kann, zugeführt, so daß am Ausgang .der Vergleichseinrichtung am Punkt B ein gemäß der Figur 28 steilflankiges Signalverhalten auftritt. Der Taktgeber 20 wird jeweils mit der fallenden und steigenden Flanke des Signals B zurückgesetzt, so daß das mit t1 gekennzeichnete Überwachungszeit-Intervall erneut gestartet werden kann. Dabei ist vorgesehen, die Länge dieses Zeitintervalls t1 in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern, mit denen der Taktgeber 20 angesteuert wird, zu variieren. Auf jeden Fall ist dafür Sorge zu tragen, daß die Überwachungszeit t1 immer größer als die Systemtotzeit der gesamten Regelanordnung gewählt wird.
  • Tritt nun der Fall auf, daß während eines Überwachungszeit-Intervalls t die Ausgangsgröße B der Vergleichseinrichtung 14 sich nicht ändert, so erzeugt der Taktgeber 20 einen Impuls, der vom Zähler 19 gezählt wird. Tritt dagegen während der Überwachungszeit t1 eine Änderung der Ausgangsgröße der Vergleichseinrichtung 14 auf, so wird der Taktgeber wieder zurückgesetzt und kein Ausgangssignal erzeugt. Die entsprechende Pulssequenz am Ausgang des Taktgebers für den willkürlich gewählten Sondensignalverlauf A ist im Diagramm C der Figur 2 angedeutet. Durch die gestrichelten Linien soll das Zurücksetzen des Taktgebers 20 angedeutet werden.
  • Für den Fall, daß der Schalter 21 geschlossen und die Rücksetzvorrichtung 22 außer Betrieb gesetzt ist, wird der Zähler 19 direkt mit dieser Pulsfolge C beaufschlagt. Die Zählrichtung des Zählers 19, der vorzugsweise als Vorwärts/Rückwärts-Zähler ausgebildet ist, wird ebenfalls durch den Pegel des Ausgangssignals B der Vergleichseinrichtung 14 bestimmt. Die am Ausgang des Digital/Analog- Wandlers anliegende Signalspannung ist im Diagramm D wiedergegeben. Es ist zu erkennen, daß für einen niedrigen Signalpegel um die vom Taktgeber 20 erzeugten Impulse abwärts gezählt wird. Dementsprechend erhöht sich die vom Digital/Analog-Wandler gelieferte Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Pulsfolge C, wenn die Ausgangsspannung der Vergleichseinrichtung positive Werte annimmt. Der Zählerstand des Zählers 19 ist damit im wesentlichen ein Maß für die Größe des Korrekturfaktors der λ -Regelung, d.h. für die Abweichung dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Voreinstellung vom stöchiometrischen Wert.
  • Die Ausgangssignale der Vergleichseinrichtung 14 werden weiterhin einer A -Verschiebeschaltung 15 zugeführt, die die Rechteckpulse beispielsweise in Abhängigkeit von der Flankensteigung verzögert. Mit dieser Einheit ist es möglich, auch andere Verhältnisse als das stöchiometrische für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen. In der Integratorsteuerung 16 werden in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der λ- Verschiebeschaltung 15 abwechselnd zwei Stromquellen entgegengesetzter Polarität aktiviert. Es sei zunächst einmal angenommen, daß sich der Ausgang des Digital/AnalogWandlers 24 auf konstantem Potential befindet. Dann erscheint am Ausgang des Verstärkers 17 das Signal E, das im Diagramm der Figur E gestrichelt zur Erläuterung des Standes der Technik eingezeichnet ist und mit dem die Kraftstoffzufuhr zumindestens korrigierend beeinflußt wird. Insbesondere ist der Übergang zwi- schen beispielsweir zwel as punkten, bei denen sich verschiedene Korrekturwerte ergeben, dargestellt. In Abhängigkeit von der Ausgangsgröße der λ -Verschiebeschaltung 15 wird der Kondensator 26 von einer der beiden Stromquelle der Integratorsteuerung 16 aufgeladen. Bei einem Signalwechsel am Punkt B tritt die zweite Stromquelle in Aktion und der Kondensator 26 wird wieder entladen. Die Sprunghöhe zwischen dem Auf- und Entladevorgang des Kondensators 26 wird durch die Parallelschaltung des Kondensators 25 sowie des Widerstandes 27 bestimmt. Im vorliegenden Fall sei diese, wie im Diagramm E eingezeichnet mit P1 bezeichnet. Es bleibt noch zu erwähnen, daß die schaltbaren Stromquellen der Integratorsteuerung 16 durchaus in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wie beispielsweise der Drehzahl n der Last L oder der Luft- bzw. Kraftstoffmenge oder der Temperatur steuerbar sind.
  • Der Signalverlauf am Ausgang des Verstärkers 17, der entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung auftritt, ist im Diagramm E der Figur 2 durch den dick eingezeichneten Linienverlauf dargestellt. Abweichungen vom gestrichelt gezeichneten Verlauf treten dann auf, wenn die Schaltzeiten der Sauerstoffsonde 10 die Überwachungszeit t1 übertreffen. Ist dies der Fall, so wird vom Taktgeber 20 ein Puls erzeugt, der entsprechend dem Vorhergesagten am Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 24 eine schlagartige Potential- änderung hervorruft, die über die Elemente Kondensator 25, 26 und Widerstand 27 auf den Eingang des Verstärkers 17 übertragen wird.
  • Die Konsequenz dieser Anordnung wird deutlich, wenn man die Zeit tF der Fehlanpassung (Figur 2e) der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Zeit tF, St.d.T der Fehlanpassung bekannter Vorrichtungen vergleicht. Hier zeigt sich der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich daß die Zeiten der Fehlanpassung erheblich verringert werden.
  • In Figur 2a ist durch den gestrichelt eingezeichneten Verlauf angedeutet, wie das Schaltverhalten der Sonde bei Verwendung von bekannten Anordnungen aussehen würde. Die Sonde würde um die Zeitdifferenz ΔtF zwischen tF und tF, St.d.T später von H auf L schalten.
  • Die Höhe des Potentialsprunges P2, wird durch die Empfindlichkeit des Digital/Analog-Wandlers 24 bestimmt und läßt sich auch durch diese einstellen. Mit dem Ausgangssignal E des Verstärkers 17 werden beispielsweise die Einspritzzeiten korrigierend in der Art gesteuert, daß bei Vorliegen eines mageren ("low") Gemisches die Kraftstoffzufuhr erhöht und bei Vorliegen eines fetten ("high") Gemisches die Kraftstoffzufuhr abgesenkt wird.
  • Die in der Figur 1a gestrichelt eingezeichnete Rücksetzvorrichtung 22 weist folgende vorteilhafte, zusätzliche Eigenschaften auf: Tritt beispielsweise der Fall auf, daß das Sondensignal sich in einer relativ kleinen Zeit nach Ablauf der überwachungszeit t1 ändert, so ist "im nachhinein gesehen" keine Notwendigkeit mehr vorhanden, eine zusätzliche Anhebung oder Absenkung des Potentials am Punkt D zu veranlassen. Dann wird die Rücksetzvorrichtung 22 aktiviert, die den vorher getätigten Eingriff neutralisiert, d.h. das Ausgangssignal des Digital/Analog- Wandlers 24 auf dem vorherigen Wert zurücksetzt. Dazu wird mit Hilfe der ersten monostabilen Kippstufe 28 eine weitere Zeitdauer t2 definiert, die vorteilhafterweise die Hälfte der Zeitdauer t1 ausmacht, aber durchaus auch andere Werte annehmen kann. Die zweite monostabile Kippstufe 30 ist über einen Steuereingang während dieser Zeitdauer t2 auf Signaländerungen der Vergleichseinrichtung 14 empfindlich. Hat also der Taktgeber 20 einen Puls erzeugt, so wird die monostabile Kippstufe 30 während einer Zeitdauer t2 aktiviert. Schaltet nun während dieser Zeitdauer t2 die Sauerstoffsonde von "high" nach "low" bzw. umgekehrt, so erzeugt die monostabile Kippstufe 30 in Abhängigkeit von diesem Spannungssprung ein zusätzliches Ausgangssignal, das über das Oder-Gatter 29 dem Zähler 19 zugeführt wird. Mit Hilfe dieses Spannungsimpulses wird der vorher von dem Taktgeber 20 gelieferte Puls stets rückgängig gemacht, da sich durch den Sprung des Sauerstoffsondenausgangssignals auch die Zählrichtung des Zählers 19 ändert. Die Verzögerungsstufe 23 dient zu einer kleinen Verzögerung der Pulsfolge B, um ein sicheres Umschalten der Zählrichtung des Zählers 19 zu gewährleisten.
  • Die entsprechende Pulsfolge F am Ausgang der Rücksetzvorrichtung 22 ist im Diagramm F der Figur 2 dargestellt. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Zeit t2 als der halbe Überwachungszeitraum t, gewählt. Entsprechend der Ansteuerung der monostabilen Kippstufe 28 läuft das Zeitintervall t2 immer nach Ablauf des Zeitintervalls t1 ab. Im vorliegenden Beispiel fällt lediglich ein Schaltvorgang der Sauerstoffsonde in ein derartiges Zeitintervall t2. Der entsprechend durch die Rücksetzvorrichtung 22 zusätzlich erzeugte Puls ist im Diagramm F der Figur 2 durch einen Pfeil gekennzeichnet. Dementsprechend ändert sich auch der Zählerstand des Zählers 19 sowie die mit D' bezeichnete Spannung am Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 24.
  • Die mit E' bezeichnete Ausgangsspannung des Verstärkers 17 bei Verwendung dieser Rücksetzvorrichtung 22 ergibt sich analog zu dem Obengesagten und ist im letzen Diagramm E' der Figur 2 angegeben. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, daß beim Auftreten dieser zusätzlichen Impulse der Sprung in der Ausgangsspannung des Verstärkers 17 die Amplitude (P1 + P2) aufweist und damit den vorhergehenden P2-Sprung rückgängig macht.
  • Durch die Steuerschaltung 18 ist es möglich, die Regelung beim Auftreten bestimmter Betriebssituationen der Brennkraftmaschine, z.B. im Leerlauf- oder Vollastbetrieb u.ä., abzuschalten und auf eine gesteuerte Gemischbildung überzugehen. In diesem Fall kann der Zähler 19 durch die Steuerschaltung 18 auf einen, insbesondere betriebsparameterabhängigen Zählerstand gesetzt werden.
  • Durch diese Vorrichtung ist ein sehr schnelles Ansprechverhalten der Regelanordnung gewährleistet, so daß man einer optimalen Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine bei minimaler Schadstoffemission sehr nahe kommt.
  • Es versteht sich, daß die Länge der cberwachungszeit t2 selbstverständlich auch von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine oder von der Überwachungszeit t abhängig eingestellt werden kann.
  • Des weiteren beschränkt sich die Vorrichtung nicht auf eine Signalverarbeitungseinheit der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Art, sondern ist auch idealerweise für den Einsatz bei einer mikrocomputergesteuerten Signalverarbeitungseinheit geeignet. Eine derartige Version wird hier im einzelnen nicht mehr ausführlich beschrieben, da eine derartige rechnergesteuerte Ausführung für den betreffenden Fachmann keinerlei Schwierigkeiten bereitet.
  • Falls die Funktion der Signalverarbeitungseinheit 13, insbesondere die Integratorsteuerung 16 mittels eines entsprechend programmierten Mikrocomputers realisiert wird, so daß die Integration durch eine Summation ersetzt werden kann, ist eine direkte Ansteuerung der Integratorsteuerung 16 durch den Zähler 19 möglich. Beispielsweise kann die Ausgangsgröße der Integratorsteuerung 16 dann direkt von einem auch per Software realisierbaren Zähler 19 über eine ALU33 (arithmetischer logischer unit), die über die Leitung 32 mit dem Zähler 19 verbunden ist, beeinflußt werden.

Claims (17)

1. Verfahren zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine mit einer Sauerstoffsonde ( A -Sonde) und einer an die Sauerstoffsonde angeschlossenen Signalverarbeitungseinheit, bei der die Möglichkeit vorgesehen ist, die Verarbeitungscharakteristik zwischen wenigstens zwei Umschaltvorgängen der Sauerstoffsonde nach Ablauf einer bestimmten, beispielsweise betriebsparameterabhängig einstellbaren Zeitdauer in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine wie Last, Drehzahl oder auch Temperatur zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausgangsgröße (E, E') der Signalverarbeitungseinheit (13) nach dem Auftreten eines während der Überwachungszeitdauer (t1) unveränderten Sauer stoff sondenausgangssignals (A) nach Ablauf der Überwachungszeit (t1) sprunghaft ändert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungszeit (t1) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einstellbar ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungszeit (t1) mindestens so groß wie die durch die Gemisch-Laufzeit gegebene Systemtotzeit der Signalverarbeitungseinheit (13) gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Sprungs der Ausgangsgröße (E, E') der Signalverarbeitungseinheit (13) durch die Empfindlichkeit eines Digital/Analog-Wandlers (24) gegeben ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprung der Ausgangsgröße (E, E') der Signalverarbeitungseinheit (13) wieder rück- gängig gemacht wird, wenn sich das Sauerstoffsondenausgangssignal innerhalb einer weiteren, an die Überwachungszeitdauer anschließenden Zeitdauer (t2) ändert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zeitdauer (t2) als Funktion der Überwachungszeitdauer (t1) eingestellt wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zeitdauer (t2) in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eingestellt werden kann.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (E, E') der Signalverarbeitungseinheit (13) zur Beeinflussung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Brennkraftmaschine dient.
9. Vorrichtung zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine mit einer Sauerstoffsonde ( X -Sonde) und einer an die Sauerstoffsonde angeschlossenen Signalverarbeitungseinheit, bei der die Möglichkeit vorgesehen ist, die Verarbeitungscharakteristik zwischen wenigstens zwei Umschaltvorgängen der Sauerstoffsonde nach Ablauf einer bestimmten, beispielsweise betriebsparameterabhängig einstellbaren Zeitdauer in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine wie Last, Drehzahl oder auch Temperatur zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (A) der Sauerstoffsonde (10) nach Ablauf einer Überwachungszeitdauer (t1) ein Zählerstand (Zähler 19), der das Ausgangssignal der Signalverarbeitungszeit (13) beeinflußt, sprunghaft geändert wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählrichtung vom Ausgangspotential der Sauerstoffsonde (10) bestimmt wird.'
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerstand mit Hilfe eines Digital/Analog-Wandlers (24) in eine analoge Größe umgeformt wird, die für die sprunghafte Änderung der Ausgangsgröße (E, E') der Signalverarbeitungseinheit (13) verantwortlich ist.
12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rücksetzvorrichtung (22) vorgesehen ist, die nach Ablauf der Überwachungszeitdauer (t1) aktiviert wird und den Zählerstand auf den vorherigen Wert zurücksetzt, wenn die Sauerstoffsonde (10) innerhalb eines an die Überwachungszeit anschließenden Zeitraums (t2) ihre Ausgangsgröße ändert.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zeitdauer (t2) in Abhängigkeit von der Überwachungszeitdauer (t1) einstellbar ist.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zeitdauer (t2) in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einstellbar ist.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungszeitdauer (t1) in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einstellbar ist.
16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (18) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere im Leerlauf- und/oder im Vollastbetrieb das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuert.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Brennkraftmaschine ein bestimmter Zählerständ (Zähler 19) eingestellt wird.
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