DE2251167A1 - Einrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen - Google Patents

Einrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen

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Description

R. V 1 5 6
25.9.1972 Ka/Sz . '· ■. ■
Anlage zur
Patentanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart
Einrichtung zur Abgasentgiftung von Brennkraftraasehinen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer Integralverhalten aufweisenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (X -Regelung), wobei die Regeleinrichtung durch eine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Abgas-Meßsonde angesteuert wird.
Soll bei einer Brennkraftmaschine das Massenverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abgases beeinflußt werden, so geschieht dies in bekannter
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BAD ORJGfNAL
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Weise mit Hilfe einer im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angebrachten Abgac-Meßsonde und mit einer Regeleinrichtung, die abhängig vom Ausgangssignal der Abgas-Meßsonde eine entsprechende Vergrößerung bzw. Verringerung der augenblicklich zugegebenen Kraftstoffmenge zu der zugeführten Lufttnenge bewirkt. Es ist bekannt, daß sich diese Veränderung des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches sowohl bei mit Vergasern ausgerüsteten Brennkraftmaschinen als auch bei mit Einspritzanlagen versehenen Brennkraftmaschinen vornehmen läßt. Die verwendeten Regeleinrichtungen zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeflihrten Kraftstoff-Luft-Gemisches haben vorzugsweise Integralverhalten, so daß boi längerviührender Abweichung des Sollwertes der Abgaszusammensetzung eine immer stärkere Korrektur des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgenommen vrLrd. Die bekannten Regeleinrichtungen mit Integralverhalten haben jedoch den Nachteil, daß Unabhängig von der Motordrehzahl die gleiche Zeitkonstante des Integralreglers tiirksam ist. Da die Hauptverzögerung des Regelkreises aus Abgas-Meßsonde, Regeleinrichtung und Stellglied zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Totzeit des Gemischdurchlaufs durch die Brennkraftmaschine hervorgerufen wird, muß das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das eine bereits veränderte Zusammensetzung hat, erst die vier Arbeitstakte der-Brennkraftmaschine durchlaufen, bevor die Abgas-Meßsonde im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine eine Veränderung der Zusammensetzung des Abgases feststellen'kann. Wird z. B. bei einer mittleren Drehzahl der Brennkraftmaschine die Ihte.nrationszeitkonstante der Regeleinrichtung optimiert, so v/ird bei einer niedrigeren Drehzahl der Brennkraftmaschine infolge der längeren Laufzeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Brennkraftmaschine die Integration des Reglers zu schnell erfolgen, damit wird aber das Massenverhältnis des- Kraftstoff-Luft-Gemisches in zu großem Maße korrigiert und es kommt dadurch zu einer unervriinscht großen Abvreichung vom Sollwert in der anderen Richtung. Umgekehrt reagiert bei höheren Drehzahlen der Regler zu langsam und der gewünschte Sollwert wird nur langsam erreicht.
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■ - 3 - . ■
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraft-' inaschinen zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, eine schnelle und genaue ]Tn.ehregelun.n; des Massenverhältnisses des der Brennkraftmschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erreichen. Dabei soll die Nachregelung bei allen Drehzahlen der Brennkraftmaschine äußerst genau erfolgen; Außerdem soll beachtet v/erden, daß bei der Einrichtung zur Abgasentgiftung möglichst im Kraftfahrzeug vorhandene Geberelemente für elektrische Signale mitverwendet werden, damit die Einrichtung kostensparend und -zweckmäßig aufgebaut werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Regeleinrichtung stufenweise in einem vorgegebenen Takt integriert, wobei der Takt durch ein von der Drehzahl der Brennlcraftmaschine abhängiges Signal bestimmt ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und. zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Uhterarisprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und aus den zugehörigen Zeichnungen. .
Es zeigen: · - ...
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Abgasentgiftung,
Fig. 2 eine Einrichtung zur stufenweisen Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches einer Brennkraftmaschine und
Fig. J5 einen Impulsplan zur Erläuterung der Anordnungen nach Fig. 1 und 2.
In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, der eine Kraftstoff-Aufbereitungseinrichtung 11 zugeordnet ist. Die· Kraftstoff-Aufbereitungseinrichtung 11 dient dazu, der Brennkraftmaschine 10 eine bestimmte Menge eines Kraftstoff -Luft-Gemisches zuzumessen. Im Abgasstrom, der von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßen wird, ist eine Abgas-Meßsonde 12 angeordnet, die ein von der Zusammensetzung des Abgases abhängiges Ausgangssignal liefert. Dieses Ausgangssignal der Abgas-Meßsonde 12 ist an eine
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Regeleinrichtung Γ5 angelegt, deren Ausgangssignal die Kraftstoff-Aufbereitungseinrichtung so beeinflußt, daß das Massenverhältnis des der Bronnkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von der Abgaszucammcncetzung beeinflußt wird,'und zwar so, daß ein Minimum an schädlichen Anteilen des Abgases ausgestoßen wird. Die Regeleinrichtung Γ5, die Integralverhalten aufweist, beeinflußt die Kraftstoff-Aufbereitungseinriehtung daboi stufenweise, wobei der Tatet dieser Stufen durch ein die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 charakterisierendes Signal bestimmt ist. Dieses drehzahlabhängige Signal kann beispielsweise aus der Zündanlage der Brennkraftmaschine gewonnen v/erden. Es kann aber auch beispielsweise bei einer Brennlrraftmaschine mit einer Einspritzeinrichtung ein den Einspritzvorgang auslösendes elektrisches Signal Verwendung finden. Durch diese stufenweise Integration wird erreicht, daß unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine} der Regler je Arbeitstakt eine bestimmte Verstellung des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches vornimmt. Dadurch lindert sich die Integrationszeitkonstante der Regeleinrichtung also automatisch und paßt sich dabei der augenblicklichen Drehzahl der Brennkraftmaschine an. Dies geschieht praktisch ohne Verzögerung. Die Amplitude'der verbleibenden Regelschwingung wird damit für jede Drehzahl der Brennkraftmaschine annähernd, gleich bleiben, so daß der Regelkreis ohne größere Schwierigkeiten optimiert werden kann. . ·
Ih Fig. 2 ist ein Ausfuhrungsbeispiel einer Regeleinrichtung dargestellt, die dazu dient, die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches stufenweise vorzunehmen, wobei der Takt der stufenweise Veränderung durch ein drehzahlabhängiges Signal erzeugt wird. Die Regeleinrichtung weist einen Schwellwertschalter lh, eine Schalteinrichtung 15 und einen Regelverstär- ■" ker 16 auf. Der Schwellwertschalter lh hat einen Operationsverstärker 17, an dessen ersten Eingang eine Schwellenspannung angelegt ist, die durch einen Spannungsteiler erzeugt wird, wobei der Spannungsteiler ein zwischen eine Pluszuleitung l8 und eine Minuszuleitung 19 geschalteter Widerstand 1st, dessen Abgriff an den Eingang des Operationsverstärkers 17 angeschlossen ist. Mit einem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 17 ist die Ab-
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gas-Meßsonde 12 verbunden. In Fig. 3a ist der Verlauf der ÄUsgangsspannung der Abgas-Meßsonde 12 über der" Zeit t aufgetragen. Mit unterbrochenen Linien ist die mit Hilfe des Widerstandes 20 eingestellte Schwellenspannung eingezeichnet. Überschreitet die Ausgangsspannung der Abgas-Meßsonde 12 die Schv/ellenspannung, so nimmt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers den in Fig. 3b bei 21''angedeuteten Wert an ,und liegt die Sondenspannung unterhalb der Schwellenspannung, dann liegt die Ausgangsspannung des' Operationsverstärkers 17 auf dem in Fig. 3b bei 22 angedeuteten Viert.,
Der Ausgang des Operationsverstärkers 17 des Schwellwertschalters 14 ist über einen Widerstand 23 mit den Basen zweier Transistoren 24 und 25 verbunden. Die Transistoren 24 und 25 sind Bestandteil der Schalteinrichtung 15, die weiterhin einen Schalttransistor 26 aufweist. Die Bezugselektrode des Schalttransistors 26 ist mit dem Abgriff eines Spannungsteilers aus Widerständen 27,und 28 verbunden, wobei der Widerstand 27 einseitig an. die Pluszuleitung 18 und der Widerstand 28 einseitig an die Minuszuleitung 19 angeschlossen ist. Die Ausgangselektrode des Schalttransistors 26 ist mit den Basen der Transistoren 24 und 25 verbunden. Die Emitter der Transistoren 24 und 25 sind an je einen Abgriff eines Spannungsteilers angelegt, der Widerstände 29, 30 und 31 aufweist. Der Widerstand 29 ist . dabei mit der Pluszuleitung l8 und der Widerstand 31 mit der Minuszuleitung 19 verbunden. Der Emitter des Transistors 24 ist an den Verbindungsptuikt der Widerstände 29 und 30 und der Emitter des Transistors 25 an den Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 3I angeschlossen. Die Kollektoren ^ der beiden Transistoren 24 und 25 sind untereinander verbunden und über einen Widerstand 32 an einen ersten Eingang eines zu dem Regelverstärker gehörenden Operationsverstärkers 33 angeschlossen. Der Operationsverstärker 33 weist zwischen seinem Ausgang und seinem ersten Eingang einen Integrierkondensator 34 auf, der dem Regelverstärker l6 Integralverhalten gibt. An den zweiten Eingang des Operationsverstärkers 33 ist der Abgriff des Spannungsteilers aus den Widerständen 27 und 28 angeschlossen. Am Ausgang des Operationsverstärkers 33 ist eine Korrekturspannung abzunehmen, die zur Beeinflussung der Kraftstoff-Aufbereitungsanlage dient. Beispielsweise kann
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mit dieser Spannung ein Stellglied verändert werden* das einen Vergaser so beeinflußt, daß das I-fcissenverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches verändert wird. Das Stellglied kann aber auch ein einfacher Widerstand sßin, der in einem elektronischen Steuergerät einer elektronisch Gesteuerten Eenrdrioi.nspritzeinrichtung angeordnet ist. Durch Veränderung der Aussangsspannung des
f ,
Operationsverstärkers 33 kann damit beispielsweise die öffnungsdaucr der Einspritzventile und damit die Kraftstoffmenge des Kraftstoff-Luft-Gemisches für die Brennkraftmaschine 10 geändert Werden kann.
Der Schalttransistor 2β der Schalteinrichtung 15 wird über einen Widerstand von einer monostabilen Kippstufe 36 angesteuert. Diese monostabile Kippstufe 36 wird von einem Taktsignal ausgelöst, das beispielsweise aus einem Zündsignal einer Zündanlage der Brennkraftmaschine 10 oder aus Einspritsimpulsen der Brennkraftmaschine 10 gewonnen werden kann. Die Taktimpulse, die der monostabilen Kippstufe 36 zugeführt werden, sind in Fig. 3c dargestellt. Die dazugehörigen Ausgangsimpulse der monostabilen Kippstufe zeigt Pig. 3d und das entsprechende Ausgangssignal am Ausgang des Operationsverstärkers zur stufenweisen Korrektur des I-fessenverhältnissos des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches ist in Fig. 3e dargestellt.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltanordnung ist folgende. Es" soll agenommen werden, daß der Transistor 26 zunächst sperrt, weil die Ausgangsspannung am Ausgang der monostabilen Kippstufe 31^ kleiner ist als die über dem Widerstand 28 und damit an dem Emitter des Schalttransistors 26 anliegende Spannung. Liegt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 17 auf dem in Fig. 3b bei 21 angedeuteten Wert, ist also positiv, dann ist der Transistor 24 über die Kollektor-Basis-Diode leitend und über den Wideretand 32 fließt ein Strom zu dem ersten Eingang des Operationsverstärkers 33· Wegen der Rückkopplung des Ausgangssignales des Operationsverstärkers 33 über den Ihtegrierkondensator 3^ auf den ersten Eingang des Operationsverstärkers 33 erfolgt eine lineare Änderung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33. Wird jetzt der Schalttransistor 26 duKch Änderung des Ausgangssignales der monostabilen Kippstufe 36 leitend gemacht, so wird die
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Basisspannüng der Transistoren 2k und 25 auf'einen Wert eingestellt, der in der Mitte zwischen' den beiden jeweiligen Emitterspannungen liegt. Dadurch werden die beiden Transistoren 24 und 25 gesperrt. Infolgedessen fließt über den Widerstand j52 kein Strom mehr zu dem Eingang des Operationsverstärkers 33 und der Integrationsvorgang wird unterbrochen, so da3 die •Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33 so lange auf dem gerade erreichten Viert stehen bleibt, bis durch das Sperren des Schalttransistors 2β wieder einer der beiden Transistoren 2h bzw. 25 leitend werden kann. Dadurch wird in der einen oder anderen Richtung weiter integriert·.; so daß das Korrektiirsignal am Ausgang des Operationsverstärkers 33 weiter anwächst oder fällt. Das Umsteuern des Schalttransistors 26 in den leitenden bzw. nichtleitenden Zustand wird, wie" bereits angedeutet, durch eine monostabile Kippstufe gesteuert, die von einem Talctgeber, beispielsweise der Zündeinrichtung der Brennkraftinaschine IO angesteuert wird. Jedes Taktsignal, beispielsweise jedes Zündsignal oder jeder Einspritzimpuls, löst die monostabile Kippstufe aus, so daß die Kippstufe jeweils einen Impuls bestimmter Dauer auf die Basis des Schalttransictors 26 gibt. Damit kann der eben beschriebene Inte.grationsproseß in der -gewünschten Stufenform ablaufen. Mit der Ausgangsspannung des Regelverstärkers 16 bzw, des Operationsverstärkers 33 wird dann' die gewünschte Korrektur des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches . durchgefiüirt, wobei, dies beispielsweise durch proportionales Verlängern oder Verkürzen von Einspritzimpulsen von elektronisch gesteuerten Benzineinspritzeinrichtungen oder durch propox'tionales -Verändern eines Düsenquerschnittes in Vergasern von Brennlcraftmaochinen erfolgen kann.
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Claims (1)

  1. Ansprüche
    ι1Δ Einrichtung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer Integralverhalten aufweisenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine sugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (λ -Regelung), wobei die Regeleinrichtung durch eine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Abgas-Meßsonde angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung stufenweise in einem vorgegebenen Takt integriert, wobei der Takt durch ein von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (10) abhängiges Signal bestimmt ist.
    2, Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas-Meßsonde (12) an einen Schwellwertschalter (14) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal über eine Schalteinrichtung (15) an einen Regelverstärker (l6) angelegt ist, der mit einem das Massenverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches verändernden Stellglied verbunden ist.
    j5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (15) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal einer, raonostabilen Kippstufe (J>6) umschaltbar ist, wobei die monostabile Kippstufe (j6) von Signalen auslösbar ist, die von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (10) abhängig sind.
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    4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Ihtegriervorganges durch ein Steuersignal erfolgt, das synchron zu einem Einspritzsignal von einem Steuergerät einer elektronisch gesteuer-
    ten Benzineinspritzeinrichtung abgegeben wird.
    5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Integriervorgänges durch das Steuersignal der Steuereinrichtung der elektronisch gesteuerten Benzineinspritzeinrichtung bestimmt ist.
    6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang der monostabilen Kippstufe (36) die Steuerelektrode
    • eines Schalttransistors (26). verbunden ist, der den Schaltzustand von zv/ei Transistoren (-24, 25) beeinflußt, deren Steuerelektroden mit dem Ausgang des Sehwellwert schalters (14) und dessen Ausgangselektroden mit einem Eingang des Regelverstärkers (l6 bzw. 33) verbunden sind.
    7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektroden der Transistoren 24, 25) mit einem drei Widerstände (29, 30, 31) aufweisenden Spannungsteiler verbunden sind, wobei die Bezugselektrode des ersten Transistors (24) an den-Verbindungspunkt des ersten (29) und zweiten Widerstandes (30) und die Bezugselektrode' des zweiten Transistors (25) an den Verbindungspunkt des zweiten (30) und dritten Widerstandes (31) angeschlossen ist.
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    L e e r s e i t e
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