CS212293B2 - Fuel control system for combustion engines - Google Patents

Abstract

1471525 Regulating IC engines LUCAS ELECTRICAL Ltd 29 April 1974 [4 May 1973] 21446/73 Heading F1B [Also in Division G3] The quantity of fuel supplied to an engine is controlled, below a predetermined engine temperature, in accordance with the quantity of carbon monoxide or unburnt hydrocarbons sensed in the exhaust gases, and, above that temperature, in accordance with the quantity of oxygen sensed in the exhaust gases. The sensors produce electric signals whose amplitude represents the respective quantities and the appropriate one of these, according to engine temperature, is compared with a signal derived from the engine temperature representing the required air/fuel ratio. The comparator output controls the fuel flow, either by varying the duration of an injection pulse or by changing the speed of the pump in a continuously supplied fuel control system.

Description

Vynález se týká palivová řídicí soustavy pro spalovací motory, s řídicím zařízením k vysílání elektrických impulsů do orgánu k přívodu palivové směsi do motoru a soustavou čidel, reagujících na zvolené parametry činnosti motoru k vysílání elektrických signálů do řídicího zařízení, k modulaci elektrických impulsů, stejným zařízením vysílaných.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a fuel control system for internal combustion engines, with a control device for transmitting electrical impulses to an engine for supplying a fuel mixture to the engine, and a set of sensors responsive to selected engine operation parameters. broadcasted.

Palivové řídicí soustavy tohoto druhu jsou již známy. Tak např. v popisu vynálezu k USA patentu č. 3 745 768 se popisuje a znázorňuje konstrukce, u níž se měří jak hladina kysličníku uhelnatého, tak hladina kyslíku ve výfukových plynech spalovacího motoru. Těchto hodnot se používá k řízení množství vstřikovaného paliva tak, že se vytváří řídicí soustava s uzavřenou smyčkou. U této známé konstrukce se používá teplotního čidla ve výfukovém potrubí motoru, které za určitých okolností vysílá vstupní signál místo čidla reagujícího na kysličník uhelnatý.Fuel control systems of this kind are already known. For example, the disclosure of U.S. Pat. No. 3,745,768 describes and illustrates a structure in which both the carbon monoxide and oxygen levels of the internal combustion engine are measured. These values are used to control the amount of fuel injected to form a closed loop control system. In this known design, a temperature sensor is used in the exhaust manifold of the engine, which in some circumstances sends an input signal instead of a carbon monoxide-responsive sensor.

Při použití několika (např. dvou) čidel v takové soustavě se naráží na problém, že často vznikají konfliktní, tj. protichůdné požadavky na řízení, vyvolané těmito dvěma čidly. Kromě toho je kyslíkové čidlo nespolehlivé za nízkých teplot, a to je také důvodem, proč se v uvedeném řeěení uvažuje o vynechání smyčky kyslíkového čidla.The use of several (eg two) sensors in such a system encounters the problem that there are often conflicting, i.e., conflicting, control requirements caused by the two sensors. In addition, the oxygen sensor is unreliable at low temperatures, and that is why the omission of the oxygen sensor loop is considered in this solution.

Úko^lem vyná^zu je v^ytvořen^í takové palivov^é řídic^í soustovy, ^kter^{á by} neměla ' uve^den^é závady, pracovala spolehlivě v podstatě při všech režimech chodu motoru a poskytovala optimální složení výfukových plynů.UKo ^l em to the invention will in the ^y constituted ^by such fuel ^é driver ^and soustovy ^{to Ter should} 'Uve ^d en ^Star defects reliably operated at substantially all modes of engine operation and to provide the optimum exhaust gas composition.

Úko^l je ^po^dle vyn^álezu v^yřešen paMvovou ^řídic^í soustavou ^pro · s^pa^lovací motory s ^řídicím zařízením k vysílání elektrických impulsů do orgánu k přívodu palivové směsi do motoru a soustavou čidel, reagujících na zvolené parametry činnosti motoru k vysílání elektrických signálů do řídicího zařízení, k modulaci elektrických impulsů tímto zařízením vysílaných.UKo ^{l p} is the ^dl e VYN ^AL cut in ^YR solved paMvovou ^governed C ^{even the} systems ^P ro · s ^p and ^l cheers engines ^of automation and control device for transmitting electrical impulses to the body for admitting fuel to the engine and a plurality of sensors responsive to the selected engine operation parameters to transmit electrical signals to the control device, to modulate the electrical pulses transmitted by the device.

Podstata vynálezu · spočívá v tom, že k jednomu vstupu řídicího zařízení je připojeno první čidlo závislé na úhlu škrticí klapky motoru, ke druhému vstupu druhé čidlo závislé na rychlosti motoru a ke třetímu je napojen výstup komparátoru, na jehož jeden vstup je přes řídicí obvod napojeno třetí čidlo závislé na teplotě · motoru a na druhý vstup tohoto komparátoru je napojen výstup logického obvodu, k jehož jednomu vstupu je připojeno uvedené třetí čidlo závislé na teplotě motoru, ke druhému vstupu je připojeno čtvrté čidlo k detekci obsahu kyslíku ve výfukových plynech a ke třetímu vstupu je připojeno páté čidlo k detekci ·nespáleného uhlovodíku.SUMMARY OF THE INVENTION: a first throttle angle-dependent sensor is connected to one input of a control device, a second motor speed-dependent sensor connected to a second input, and a comparator output connected to a third input, one input of which is connected via a control circuit a third motor temperature-dependent sensor, and a second logic circuit output is connected to the second input of the comparator, one of which is connected to said third motor-temperature sensor, the other is a fourth sensor for detecting the oxygen content of the exhaust gases; input is connected to the fifth sensor to detect · unburned hydrocarbon.

Mezi čtvrté čidlo k detekci kyslíku a logický obvod je vřazena první dolnofrekvenční propust a mezi páté čidlo k detekci nespáleného uhlovodíku a logický obvod je vřazena druhá dolnofrekvenční propust k potlačení vysokofrekvenčních složek elektrických výstupních signálů těchto čidel.A first low-pass filter is incorporated between the fourth oxygen detecting sensor and the logic circuit, and a second low-pass filter is inserted between the fifth unburned hydrocarbon detecting sensor and the logic circuit to suppress the high-frequency components of the electrical output signals of these sensors.

Tímto způsobem se vytvoří palivová řídicí soustava'zmíněného druhu, s prostředky pro detekci kyslíku ve výfukovém plynu, prostředky pro detekci kysličníku uhelnatého nebo nespáleného uhlovodíku ve výfukovém plynu, prostředky pro měření teploty motoru, prostředky pro Mzení pMvodu paHva do motoru v z^tolosU na atos^po^ň jednom ^parame^tru motoru a prostředky pro změnu množství paliva přiváděného do motoru, v závislosti na množství kysličníku uhelnatého nebo nespáleného uhlovodíku ve výfukovém plynu, je-li teplota motoru pod určitou předem stanovenou hodnotou a v závislosti na množství kyslíku ve výfukovém plynu, je-li teplota motoru vyšší než zmíněná, předem stanovená teplota.In this way, a fuel control system of the above type is provided, with means for detecting oxygen in the exhaust gas, means for detecting carbon monoxide or unburnt hydrocarbon in the exhaust gas, means for measuring the engine temperature, means for controlling the ignition of the engine. ^p o ^least one m ^p arame ^t ru engine and means for changing the amount of fuel supplied to the engine, depending on the quantity of carbon monoxide or unburned hydrocarbons in the exhaust gas when the engine temperature is below a predetermined value, and depending on the amount of oxygen in the exhaust gas, if the engine temperature is higher than said predetermined temperature.

Nový účinek palivové řídicí soustavy podle vynálezu spočívá na dvou skutečnostech. Předně, má-li se dosáhnout optimálního složení výfukových plynů, je nutno měnit žádaný poměr vzduchu k palivu v souladu s teplotou. Tomu tak u známého zařízení není. Za druhé, má-li se zjistit v kterémkoli daném okamžiku, zda motor skutečně pracuje s bohatou nebo chudou sm^ěs^ je nutno zvolit bu^{ň k}ysl^íkové čidlo^, ne^bo ^čidlo reagující na ·^kys^ličník uhelnatý nebo · nespálený uhlovodík, a to podle toho, zda teplota leží nad nebo pod předem urče nou hodnotou. Je důležité si uvědomit, že teplota, o níž u soustavy podle vynálezu jde, není teplotou výfukových plynů, nýbrž skutečnou teplotou motoru, což je ovSem podstatný rozdíl oproti známému stavu techniky. Teplota výfukových plynů při provozu velmi značně kolísá, kdežto teplota motoru se mění jen velmi zvolna v důsledku hmoty jeho chladicího pláště.The novel effect of the fuel management system according to the invention is based on two factors. Firstly, in order to achieve optimum exhaust gas composition, the desired air to fuel ratio must be varied according to temperature. This is not the case with a known device. Secondly, if it is to determine at any given moment, whether the engine actually works with rich or poor direction ^of s ^ must be chosen either the ^{least to} YSL ^s AUXILIARY ^sensor, not ^b the ^sensor on responsive · ^ky with ^if čník monoxide · Unburnt hydrocarbon, depending on whether the temperature is above or below a predetermined value. It is important to note that the temperature of the system according to the invention is not the temperature of the exhaust gases, but the actual temperature of the engine, which is, however, a substantial difference from the prior art. The temperature of the exhaust gas varies considerably during operation, whereas the temperature of the engine changes only very slowly due to the mass of its cooling jacket.

Účinkem těc^hto ^dvou skuto^ostí se m^ěn^í pom^ěr vzduchu ^k paHvu v soulad s teplotou, přičemž se udržuje řízení pomocí jedné řídicí smyčky, zvolené ze dvou alternativních smyček. Bylo zjištěno, že tímto způsobem lze neobyčejně účinně ovládat složení výfukových plynů, protože použitá čidla pracují pouze v té části svého teplotního pásma, v němž pracují nejlépe.The effect of this is availabl ^h ^ ^d Vou fact Ostia ^of m n ^e r ratio ^of air ^to paHvu in accordance with the temperature, while maintaining control through one control loop selected from the two alternative loops. It has been found that in this way the exhaust gas composition can be controlled extremely efficiently, since the sensors used operate only in the part of their temperature zone in which they operate best.

Vynález bude nyní podrobněji popsán na základě výkresů, kde obr. 1 je blokové schéma zn^ázornuj^íc^{í příkl}a^{d p}rove^den^í paHvov^{é řídi}cí soustovy ^po^dle vynátozu a obr. 2 ^je ^diagram relativního znečištění výfukového plynu spalovacího motoru v závislosti na poměru vzduch/palivo.The invention will now be described based on drawings where Fig. 1 is a block diagram of Zn ^and zornuj ^I C ^{s of ex} and ^dp rove ^d en ^s paHvov ^{s manage} or soustovy ^p o ^d le vynátozu FIG. 2 ^j e ^di agram relative pollution exhaust of the internal combustion engine as a function of the air / fuel ratio.

Palivová řídicí soustava znázorněná na obr. 1 sestává z řídicího zařízení JJ), vysílajícího elektrický výstupní impuls vedený vedením 11 k injektoru £· Délkou elektrického výstupního impulsu je určena doba, během níž je injektorem uvolněn přívod paliva z čerpadla 8 do s^pa^lovač^ího motoru 2>. a Ш je zloven ur^čeno množst^ paliva do^dávané^ho ^do motoru 2· ^Řídic^í zaMzení to je na^pro^gramov^áno tak, Že ^délka etoktric^ho výsto^pn^ího i.mpuMu je z^ávislá na dvou parametrech motoru I, a to na úhlu škrticí klapky a na rychlosti motoru. Za tím účelem je použito čidel - transduktorů 12 a 13. z nichž první čidlo - transduktor 12 - dodává do řídicího zařízení 10 signál odpovídající úhlu škrticí klapky, zatímco z druhého čidla - tranaduktoru 13 - je přiváděn do řídícího zařízení 10 signál odpovídající rychlosti motoru.The fuel control system shown in FIG. 1 comprises a control device JJ) sending an electrical output pulse conducted through line 11 to the injector £ · length of the electrical output pulse is determined by the time during which the injector is released by supplying fuel from the pump 8 into the ^P and ^L coupler ^í Engines 2>. and Ш is ^determined zloven eno Pieces fuel to ^be ^ ^h o ^d Vane motor 2 ^{controls the} c · ^s hazy it is ^P ro ^{g of} frames ^and the well so that ^{the length} and the stand him etoktric ^ ^p n of ^¹H is i.mpuMu ety of ^plated on two parameters of the engine I, and on the angle of the throttle and engine speed. For this purpose, sensors 12 and 13 are used, of which the first sensor 12 transduces a signal corresponding to the throttle angle to the control device 10, while a signal corresponding to the motor speed is supplied to the control 10 by a second sensor.

Kromě toho je použito prostředků pro změnu délky elektrického výstupního impulsu v závislosti na povaze výfukového plynu spalovacího motoru. Tyto prostředky obsahují čtvrté čidlo 14 rea^gující na kysMk a ^páté ^čidlo ¹⁵ nespálené^ uhlovo^díku. Útola 14 a 12 vyto^ářej^í elektrické signály, jejichž amplituda odpovídá množství kyslíku, resp. množství nespáleného uhlovodíku ve výfukovém plynu. Tyto signály jsou přiváděny do první a druhé dolnofrekvenční propusti 16 a 12, která slouží ‘jako průměrovací obvody, a výstupní signály obou dolnofrekvenčních propustí 16. 17 jsou přiváděny do logického obvodu 18. Dále je použito třetího čidla - transduktoru 19 - vytvářejícího signál, který odpovídá teplotě motoru, a který je přiváděn jednak do logického obvodu 18, jednak do řídicího obvodu .20. Logický obvod 18 spojuje výstup druhé dolnofrekvenční propusti 17 s jedním ze dvou vstupů komparátoru 21. je-li výstupní signál třetího čidla - transduktoru 19 pod určitou, předem stanovenou hodnotou, odpovídající určité zvolené teplotě horkého motoru, a spojuje výstup první dolnofrekvenční propusti 16 se zmíněným vstupem komparátoru 21. když výstupní signál třetího čidla - transduktoru ¹⁹ je v^ětší ne^ž uvedené, ^předem s‘tanovená ^ho^dnota. Ří^dic^í obvo^d 20 vytváří výstupní signál, který se mění v závislosti na teplotě motoru a jenž odpovídá žádanému poměru vzduch/ /palivo. Tento výstupní signál z řídicího obvodu 20 je přiváděn na druhý vstup komparátoru 21,.In addition, means are used to vary the length of the electrical output pulse depending on the nature of the exhaust gas of the internal combustion engine. These compositions comprise a fourth sensor 14 to rea ^g Ujica kysMk ^p and ^initial monitor For ¹⁵ unburned hydrocarbons ^thanks ^ u. Útola dials 14 and 12 REJ ^{á í} electrical signals whose amplitude corresponds to the amount of oxygen, respectively. the amount of unburnt hydrocarbon in the exhaust gas. These signals are applied to the first and second low-pass filters 16 and 12, which serve as averaging circuits, and the output signals of the two low-pass filters 16, 17 are fed to the logic circuit 18. Next, a third transducer 19 is used. corresponds to the temperature of the motor, which is fed both to the logic circuit 18 and to the control circuit 20. The logic circuit 18 connects the output of the second low-pass filter 17 to one of the two inputs of the comparator 21. if the output signal of the third sensor-transducer 19 is below a certain predetermined value corresponding to a certain selected hot motor temperature. input of the comparator 21. when the output signal of the sensor - a transducer ^19, is not ^{by Et} Si ^from said ^par advance s'tanovená ^h o ^d note. Ro ic ^{d d d} circuitry 20 produces an output signal which varies depending on the temperature of the motor and which corresponds to the desired air / / fuel. This output signal from the control circuit 20 is applied to the second input of the comparator 21.

Na obr. 2 je křivkou B znázorněn obsah nespáleného uhlovodíku ve výfukovém plynu v závislosti na poměru vzduch/palivo a křivkou C je znázorněn obsah kyslíku ve výfukovém plynu rovněž v závislosti na poměru vzduch/palivo. Je zřejmé, že v případě, když se poměr vzduch/ /palivo nachází na bohaté straně stechiometrické čáry .22. vytváří se vlivem nespáleného uhlovodíku, obsaženého ve výfukovém plynu, signál odpovídající poměru vzduch/palivo a naopak v případě, kdy poměru vzduch/palivo je na chudé straně stechiometrické čáry ,22. vytváří se vlivem kyslíku ve výfukovém plynu signál odpovídající poměru vzduch/palivo. Poměr vzduch/palivo motoru je prakticky jen na . bohaté straně je-li teplota motoru nízká, tj. v údobí počátečního nahřívání motoru, a po dosažení normální provozní teploty motoru bude poměr vzduch/palivo na chudé straně stechiometrické čáry 22. Tím při počátečním nahřívání motoru spojuje logický obvod 18 páté čidlo to nespáleného uhlovodíku s příslušným vstupem komparátoru 21. který porovnává skutečný poměr vzduch/palivo s požadovaným poměrem a vytvoří výstupní signál, který je veden do řídicího zařízení 10 pro změnu délky elektrického výstupního signálu řídicího zařízení 10. čímž se nastaví množství paliva přiváděného dío spalovacího motoru. Když motor dosáhne své normální pracovní teploty, propojí logický obvod 18 čtvrté čidlo 14 reagující na kyslík se shora zmíněným vstupem komparátoru 21 a opět se elektrický signál řídicího zařízení 10 mění v závislosti na rozdílu signálů obou vstupů komparétoru 21.In Figure 2, curve B shows the unburnt hydrocarbon content of the exhaust gas as a function of the air / fuel ratio, and curve C shows the oxygen content of the exhaust gas also as a function of the air / fuel ratio. Obviously, if the air / fuel ratio is on the rich side of the stoichiometric line. a signal corresponding to the air / fuel ratio is generated by the unburnt hydrocarbon contained in the exhaust gas and vice versa if the air / fuel ratio is on the poor side of the stoichiometric line,. a signal corresponding to the air / fuel ratio is generated by the effect of oxygen in the exhaust gas. The air / fuel ratio of the engine is practically only at. the rich side when the engine temperature is low, i.e., during the initial engine warm-up period, and when the normal engine operating temperature is reached, the air / fuel ratio will be on the poor side of the stoichiometric line 22. with an appropriate comparator input 21 which compares the actual air / fuel ratio with the desired ratio and generates an output signal that is fed to the control device 10 to change the length of the electrical output signal of the control device 10 thereby adjusting the amount of fuel supplied to the internal combustion engine. When the motor reaches its normal operating temperature, the logic circuit 18 connects the fourth oxygen-responsive sensor 14 to the aforementioned comparator input 21 and again the electrical signal of the control device 10 varies depending on the signal difference of the two comparator inputs 21.

Závěrem je třeba poznamenat, že místo pátého čidla 15 nespáleného uhlovodíku lze použít čidla kysličníku uhelnatého. Křivkou A je znázorněn obsah kysličníku uhelnatého ve výfukovém plynu v závislosti na poměru směsi vzduch/palivo vstřikované do motoru.Finally, it should be noted that carbon monoxide sensors can be used instead of the fifth unburned hydrocarbon sensor 15. Curve A shows the carbon monoxide content of the exhaust gas as a function of the ratio of the air / fuel mixture injected into the engine.

Vynález je použitelný i pro palivovou soustavu, u níž palivové čerpadlo s regulovatelnou čerpací rychlostí kontinuálně vstřikuje palivo do přívodu vzduchu motoru rychlostí, jež je určena řídicí soustavou.The invention is also applicable to a fuel system in which a variable speed pump fuel pump continuously injects fuel into the engine air supply at a rate determined by the control system.

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION

Claims (2)

1. Palivová řídicí soustava pro spalovací motory, s řídicím zařízením k vysílání elektrických impulsů do orgánu k přívodu palivové směsi do motoru a soustavou čidel, reagujících na zvolené parametry činnosti motoru k vysílání elektrických signálů do řídicího zařízení, k modulaci elektrických impulsů tímto zařízením vysílaných, vyznačená tím, že k jednomu vstupu řídicího zařízení (10) je připojeno první čidlo (12) závislé na úhlu Škrticí klapky motoru, ke druhému vstupu druhé čidlo (13) závislé na rychlosti motoru a ke třetímu vstupu je napojen výstup komparátoru (21), na jehož jeden vstup je přes řídicí obvod (20) napojeno třetí čidlo (19) závislé na teplotě motoru a na druhý vstup tohoto komparátoru _e ^{(21) j}e napojen v^ýs^tup log^Who o^bvodu U8), ^k jehož je^dnomu vstu^pu je ^připojeno’ uve^dené třetí čidlo (19) závislé na teplotě motoru, ke druhému vstupu je připojeno čtvrté čidlo (14) k detekci obsahu kyslíku ve výfukových plynech a ke třetímu vstupu je připojeno páté čidlo (15) k detekci nespáleného uhlovodíku.1. A fuel management system for internal combustion engines having a control device for transmitting electrical impulses to an engine for supplying a fuel mixture to the engine and a set of sensors responsive to selected engine operation parameters for transmitting electrical signals to a control device; characterized in that a motor throttle angle-dependent sensor (12) is connected to one input of the control device (10), a motor speed-dependent sensor (13) is connected to the second input, and a comparator output (21) is connected to the third input. whose one input is connected via a control circuit (20) connected to the third sensor (19) dependent on the engine temperature and to a second input of the comparator _e ^{(21) j} e connected in ^{Y t} up log ^ WHO ^b water U8) ^to whose ^d is nome ga ^p u ^Pr CONNECTION ^'d Uve Ene third sensor (19) dependent on the engine temperature, the second input is connected to the fourth čid The fifth sensor (15) for detecting unburned hydrocarbon is connected to the third inlet for detecting the oxygen content of the exhaust gases. 2. Palivová řídicí soustava podle bodu 1, vyznačená tím, že mezi čtvrté čidlo (14) k detekci kyslíku a logický obvod (18) je vřazena první dolnofrekvenční propust (16) a mezi páté čidlo (15) k detekci nespáleného uhlovodíku a logický obvod (18) je vřazena druhá dolnofrekvenční propust (17) k potlačení vysokofrekvenčních složek elektrických výstupních signálů těchto čidel.2. The fuel management system of claim 1, wherein a first low-pass filter (16) is interposed between the fourth oxygen detecting sensor (14) and the logic circuit (18) and the unburned hydrocarbon detecting sensor (15) and the logic circuit between the fifth oxygen sensor (15). (18) a second low-pass filter (17) is included to suppress the high-frequency components of the electrical output signals of these sensors.