EP0134466B1 - 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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EP0134466B1
EP0134466B1 EP84107679A EP84107679A EP0134466B1 EP 0134466 B1 EP0134466 B1 EP 0134466B1 EP 84107679 A EP84107679 A EP 84107679A EP 84107679 A EP84107679 A EP 84107679A EP 0134466 B1 EP0134466 B1 EP 0134466B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
time period
combustion engine
oxygen sensor
monitoring time
function
Prior art date
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Expired
Application number
EP84107679A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0134466A3 (en
EP0134466A2 (de
Inventor
Richard Bertsch
Dieter Günther
Hans Schnürle
Ulrich Steinbrenner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0134466A2 publication Critical patent/EP0134466A2/de
Publication of EP0134466A3 publication Critical patent/EP0134466A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0134466B1 publication Critical patent/EP0134466B1/de
Expired legal-status Critical Current

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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 regulating the air-fuel ratio of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and 4.
  • the probe used here and sensitive to the oxygen content of the burned operating mixture provides practically 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) is assumed 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. Accordingly, in the steady state, the output signal of the oxygen probe constantly swings back and forth between its two possible states "high and" low ".
  • a speed-adaptive PI controller is used in the known x controls.
  • the P and I components of these controllers cannot be chosen to be of any size for various reasons. The reason for this is, on the one hand, 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.
  • an x control device is disclosed in DE-A-22 06 276, in which the time period between two switching processes of the probe output signal is detected and after a predetermined period of time in which no switching takes place , is switched to another integration time constant, in particular a smaller time constant of the integral controller.
  • a pilot control is provided in an air-fuel control system.
  • the pilot control values are changed by a predetermined value, analogous to counting up / down a counter, and stored in a RAM. These saved values will later be used for control.
  • the method according to the invention and the device for carrying out the method for x-regulation of the fuel mixture for an internal combustion engine with the features of claims 1 and 4, on the other hand, ensure a further improvement in the dynamic behavior of the x-regulation, in particular in the event of mismatches due to an inaccurate idling setting, so that there is a reduction in the exhaust emission level or an improvement in the overall conversion rate of a catalytic converter installed in the exhaust system.
  • 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. 1 a shows an exemplary embodiment of the device for x control according to the invention
  • 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 exemplary embodiment in FIG. 1a.
  • an oxygen probe is designated with the number 10, this oxygen probe 10 can be represented in the equivalent circuit diagram by a voltage source U s and a resistor R.
  • 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, an X 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 control 16 can be supplied with various operating parameters of the internal combustion engine, indicated by arrows, such as, for example, the current fuel or air throughput Q, the speed n, load signals L or the temperature Temperatur.
  • 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, e 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 via the line labeled with the letter D via the series connection of two capacitors 25 and 26 to the input of the amplifier 17.
  • 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 controls 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 reference to the signal diagrams in FIG. 2:
  • the output signal of the oxygen probe 10, the temporal course of which should correspond to diagram A in FIG. 2, is sent to the comparison device 14, which can be designed, for example, as a Schmitt trigger. fed so that at the output of the comparison device at point B, a steep-sided signal behavior occurs as shown in FIG.
  • 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 labeled t, can be started again. It is envisaged to vary the length of this time interval t as a function of various operating parameters with which the clock generator 20 is controlled. In any case, care must be taken to ensure that the monitoring time t is always greater than the system dead time of the entire control arrangement.
  • the clock generator 20 If the case arises that the output variable B of the comparison device 14 does not change during a monitoring time interval t, the clock generator 20 generates a pulse which is counted by the counter 19. If, on the other hand, a change in the output variable of the comparison device 14 occurs during the monitoring time t, the clock generator is reset again and no output signal is generated.
  • the corresponding pulse sequence at the output of the clock generator for the arbitrarily selected probe signal curve A is indicated in diagram C in FIG. 2. The dashed lines are intended to indicate the resetting of the clock 20.
  • 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 also determined by the level of the output signal B of the comparison device 14.
  • the signal span present at the output of the digital / analog converter voltage 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, ie of 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 x-shift circuit 15, which delays the rectangular pulses, for example in dependence on the slope. With this unit it is possible to set ratios other than the stoichiometric for the air-fuel ratio.
  • the integrator control 16 two current sources of opposite polarity are alternately activated depending on the output signal of the A shift circuit 15. It is first assumed that the output of the digital / analog converter 24 is at a constant potential. The signal E then 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 between two load points, for example, at which different correction values result, is shown.
  • the capacitor 26 is charged by one of the two current sources of the integrator control 16.
  • the second current source comes into 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 denoted by P, as shown in diagram E.
  • the switchable current sources of the integrator control 16 can be controlled 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 of FIG. 2 by the thick line curve. 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, a pulse is generated by clock generator 20, which, in accordance with what was predicted, causes an abrupt change in potential at the output of digital / analog converter 24, which change via the elements capacitor 25, 26 and resistor 27 to the input of amplifier 17 becomes.
  • 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 probe signal changes within a relatively short time after the monitoring time t has elapsed, “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 intervention previously carried out, 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 accounts for half 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 supplied 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 train F at the output of the Reset device 22 is shown in diagram F of Figure 2.
  • the time t 2 was chosen as half the monitoring period t.
  • the time interval t 2 always runs after the time interval t 1 has elapsed. In the present example, 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.
  • control circuit 18 it is possible to control the occurrence of certain operating situations of the internal combustion engine, for. B. in idle or full load operation u. ⁇ ., switch off and go to a 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 depending on the operating parameters of the internal combustion engine or on the monitoring time t 1 .
  • 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 output directly from 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. to be influenced.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4. Die dabei verwendete und für den Sauerstoffanteil des verbrannten Betriebsgemisches empfindliche Sonde (x-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 x-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 es Luft-Kraftstoff-Gemisches 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 x-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 Ursache 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 zu einer Verbesserung der Trägheit der Regelanordnung wird in der DE-A-22 06 276 eine x-Regelungseinrichtung offenbart, bei der die Zeitdauer zwischen zwei Umschaltvorgängen des Sondenausgangssignals 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.
  • Gattungsgleiche Verfahren bzw. Vorrichtungen sind ebenfalls aus der US-A-41 11 171 bzw. US-A-40 06 718 bekannt. Beim Gegenstand gemäß US-A-40 06 718 liegt dabei die Beeinflussung der Verarbeitungscharakteristik der Signalverarbeitungseinrichtung dann zwischen zwei Umschaltvorgängen der Sonde, wenn die Brennkraftmaschine nicht abgestellt wird, sondern wenn das Abgas bei Fehlzündungen um den Katalysator geleitet wird, bis die Fehlzündungen wieder vorbei sind.
  • Gemäß JP-A-57 70 934 wird in einem Luft-Kraftstoff-Regelsystem eine Vorsteuerung vorgesehen. Die Vorsteuerwerte werden, analog zu einem Auf-/Abzählen eines Zählers um einen vorgegebenen Wert geändert und in einem RAM abgespeichert. Diese abgespeicherten Werte werden später zur Steuerung benutzt.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur x-Regelung des Kraftstoffgemisches für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 4 gewährleistet dagegen eine weitere Verbesserung des dynamischen Verhaltens der x-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 hohem 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 es 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 nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele urid den zugehörigen Zeichnungen.
    • Zeichnung
  • Es zeigen Figur 1a ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur x-Regelung, Figur 1 b 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 1a ist eine Sauerstoffsonde mit der Nummer 10 bezeichnet, wobei sich diese Sauerstoffsonde 10 im Ersatzschaltbild durch eine Spannungsquelle Us und einen Widerstand R 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 X-Verschiebeschaltung 15, einer Integratorsteuerung 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 monentane 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, e 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 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 t, gekennzeichnete Überwachungszeit-Intervall erneut gestartet werden kann. Dabei ist vorgesehen, die Länge dieses Zeitintervalls t, 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 t, 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 t, 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 in wesentlichen ein Maß für die Größe des Korrekturfaktors der λ-Regelung, d. h. für die Abweichung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Voreinstellung vom stöchiometrischen Wert.
  • Die Ausgangssignale der Vergleichseinrichtung 14 werden weiterhin einer x-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 A-Verschiebeschaltung 15 abwechselnd zwei Stromquellen entgegengesetzter Polarität aktiviert. Es sei zunächst einmal angenommen, daß sich der Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 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 zwischen beispielsweise zwei Lastpunkten, 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 P, 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 t, übertreffen. Ist dies der Fall, so wird von Taktgeber 20 ein Puls erzeugt, der entsprechend dem Vorhergesagten am Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 24 eine schlagartige Potentialänderung 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 erfindungsgemaßen 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 t, 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 t, 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 t, 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 letzten Diagramm E' der Figur 2 angegeben. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, daß beim'Auftreten dieser zusätzlichen Impulse der Sprung in der Ausgangsspannung rdes Verstärkers 17 die Amplitude (P, + 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 Überwachungszeit t2 selbstverständlich auch von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine oder von der Überwachungszeit t1 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 (6)

1. Verfahren 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 Überwachungszeitdauer in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine wie Last, Drehzahl oder auch Temperatur zu beeinflussen, bei dem sich die Ausgangsgröße der Signalverarbeitungseinheit nach dem Auftreten eines während der Überwachungszeitdauer unveränderten Sauerstoffsondenausgangssignals nach Ablauf der Überwachungszeit sprunghaft ändert, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprung der Ausgangsgröße (E, E') der Signalverarbeitungseinheit (13) wieder rückgängig gemacht wird, wenn sich das Sauerstoffsondenausgangssignal innerhalb einer weiteren, an die erste Überwachungszeitdauer (t,) anschließenden und relativ zu dieser kürzeren (t2 < t1) Zeitdauer (t2) ändert.
2. Verfahren nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zeitdauer (t2) als Funktion der Überwachungszeitdauer (t1) eingestellt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zeitdauer (t2) in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eingestellt werden kann.
4. 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. bei der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Sauerstoffsonde nach Ablauf einer ersten Überwachungszeitdauer ein Zählerstand, der das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit beeinflußt, sprunghaft geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rücksetzungsvorrichtung (22) vorgesehen ist, die nach Ablauf der ersten Überwachungszeitdauer (t1) aktiviert wird und den Zählerstand auf den vorherigen Wert zurücksetzt, wenn die Sauerstoffsonde (10) innerhalb einer an die Überwachungszeit (t,) anschließenden zweiten Zeitdauer (t2), die kürzer ist (t2 < t1) als die erste Überwachungszeitdauer (t,), ihre Ausgangsgröße ändert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zeitdauer (t2) in Abhängigkeit von der Überwachungszeitdauer (t,) einstellbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zeitdauer (t2) in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einstellbar ist.
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