DE2635308C2 - Steuereinrichtung für das Luft-Brennstoffverhältnis des einer Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches - Google Patents

Description

— der Integralregler (20) einen Funktionsverstärker (23) mit einer ersten Eingangsklemme zur Aufnahme des Fehlersignals und einer zweiten mit einer Bezugsspannung verbundenen Eingangsklemme aufweist, wobei ein Integrationskondensator (26) zwischen der ersten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme des Funktionsverstärkers (23) liegt, und

— daß die Schalter zwei Kontaktsäize (24,28) einschließen, die in Abhängigkeit von den abgefühlten Betriebszuständen umgeschaltet werden, wobei der erste Kontaktsatz (24) zwischen dem Komparator (14) und dem Funktionsverstärker (23) liegt zum Trennen des Fehlersignals vom Funktionsverstärker (23) und Verbinden des verstellbare,1 Spannungsteilers (32) mit dem Luft-Brennstoffzuführsystem (U) in Abhängigkeit von den abgefühltcn Betriebsbedingungen e>o und der zweite Kontaktsatz (28) parallel zum Integrationskondensaior (26) geschaltet isi. um in Abhängigkeil von dem abgefühltcn Betriebszustand einen Kur/schlußkreis zu bilden.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, da- t^ri durch gekennzeichnet, daß sieh der Spannungsteiler aus einem ersten einstellbaren Spannungsteiler (32) zur Abgabe einer ersten gewünschten Gleichspannung und einem zweiten einstellbaren Spannungsteiler (42) zur Abgabe einer zweiten gewünschten Gleichspannung zusammensetzt, und daß die Schalter einen ersten auf den abgefühlten Betriebszustand der Maschine bei Beschleunigung ansprechenden Kontaktsatz (24) und einen zweiten auf den abgefühlten Betriebszustand der Maschine bei Verzögerung ansprechenden Kontaktsatz (25) einschließen, wobei der erste Kontaktsatz (24) zwischen dem Komparator (14) und dem Integralregler (23) liegt, um das Fehlersinga! vom Integralregler (23) zu trennen und die erste Gleichspannung mit dem Luft-Brennstoffzuführsystem in Abhängigkeit von einer Maschinenbeschleunigung zu verbinden, und der zweite Kontaktsatz (25) zwischen dem Komparator (14) und dem Integralregler (20) liegt, um das Fehlersignal vom Integralregler zu trennen und den zweiten Spannungsteiler (42) mit dem Lufi-Brennstoffzuführsysem in Abhängigkeit vom Abfühlen einer Maschinenverzögerung zu verbinden (F i g. 4).

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten mit dem Fehlersignal verbundenen Eingangsklemme und der Ausgargsklemme des Funktionsverstärkers (23) ein Integrationskondensator (26) angeordnet ist und die Schalter einen dritten Kontaktsatz (28) einschließen, der parallel zum Integrationskondensator so geschallet ist, daß er die gespeicherte elektrische Energie in Abhängigkeit vom abgcfühlten Betriebszustand abgibt.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (30) für die Betriebszustände bei Beschleunigung und Verzögerung die Stellung der Vergaserdrossel der Maschine abfühlt.

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für das Luft-Brcnnsioffverhältnis des einer Brennkraftmaschine zugciührten Gemisches der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art, wie sie aus den JA-OS 50-21 136 und 50-21 137 bekannt ist, denen inhaltlich die US-PS 39 16 170 entspricht.

Es ist bekannt, daß das Luft-Brennstoffverhältnis des einer Brennkraftmaschine gelieferten Gemisches auf einen Bezugswert geregelt werden kann, um den Anteil der schädlichen Abgasbestandteile zu verringern, indem die wahrgenommene Abgaszusammensetzung als Regelsignal verwandt wird, um das Gemischverhältnis auf den richtigen Wert zu bringen. Eine derartige Regelung erfolgt in Form eines geschlossenen Regelkreises, der einen Sensor zur Ermittlung der Abgaszusammensetzung und einen Integralreglcr enthält, der für das Regelsignal empfänglich ist und ein Korrekiursignal für die den Brennstoff und Luft mischende und bemessende Einrichtung, wie beispielsweise einen Vergaser oder eine Brennstoffeinspritzanlage, erzeugt. Wegen der der Anlage eigenen Transportverzögerungszeit, die als die Zeil bestimmt ist, die erforderlich ist, damit das Brcnnslofl-l.uligeniiscli die Zylinder der Maschine erreicht, verbrannt und ausgeblasen wird und anschließend durch die Abgasanlage zum Sensor strömt, beeinflußt der Integralregler die den Brennstoff und Luft mischende und auf das richtige Verhältnis einstellende Einrichtung noch weiter, nachdem der Bezugswert überschritten isl. Das hai zur Folge, daß das .System selbst wiih-

rend der normalen Arbeit der Maschine zu Regelschwankungen neigt Da das Brennstoff- Luftgemisch auch mit der Drosselstellung in Beziehung steht, wird der Abgassensor durch eine Änderung der Drosselstellung derart beeinflußt, daß er während einer Beschleunigung oder während einer Verzögerung ein Ausgangssignal liefert, das sich von demjenigen Ausgangssignal unterscheidet, das während der normalen Arbeit der Maschine erhalten wird. Das hat zur Folge, daß ein Korrektursignal mit einer derart hohen Amplitude erzeugt wird, daß es (anger dauert, zum Bezugswert zurückzukehren, wenn die Maschine den normalen Betriebszustand wieder erreicht. Diese Zeitverzögerung während der Übergangszeit der Betriebszustände der Maschine führt zu Regelschwankungen mit großer Amplitude um den Bezugswert herum.

Die bekannte Steuereinrichtung gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 steuert das Luft-Brennstoffverhältnis eines Gemisches, das einer brennkraftmaschine über eine elektronische Brennstoffeinspritzanlage zugeführt wird. Diese Einspritzanlage weist einen Haltekreis auf, an dem das Ausgangssignals eines !ntegralreglers als Eingangs- und Rückführungssignal liegt, wobei das Ausgangssignal des Integralrelgers auf einer Bezugsspannung gehalten wird, um die Korrektur der Brennstoffeinspritzmenge bei geringer Abgastemperatur oder unterbrochener Brennstoffzuführung auszusetzen.

Demgegenüber liegt die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, die bekannte Steuereinrichtung so weiterzubilden, daß bei normalen Änderungen der Betriebszustände der Maschine, wie Beschleunigungen, Verzögerungen oder auch bei Störungen der Steuereinrichtung selbst die Regelschwankungen so klein wie möglich gehalten werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung werden somit vom Sensor die Betriebszustände abgefühlt, bei denen das Steuersignal nach einer Seite abweicht, wobei beim Auftreten derartiger Betriebszustände das Fehlersignal vom Integralregler abgekoppelt wird und statt dessen ein an den jeweiligen Betriebszustand angepaßtes Integralregelsignal mit gewünschter Gleichspannung dem Integralregler zugeführt wird. Bei Beschleunigungen oder Verzögerungen wird somit das Regclsignal auf einen Wert eingestellt, der diesen Bclriebszuständen angepaßt ist und der leicht auf die normale Bezugsgröße bei Wiedererreichen normaler Betriebszustände zurückgeführt werden kann, wodurch Störungen durch zu starke Regelschwankungen vermieden werden können.

Besonders bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 6.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild, teilweise in Form eines Blockschaltbildes, eines Ausführungsbeispicls der Erfindung.

F i g. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Integralreglers.

Fig. 3 zeigt eine weitere, abgewandelte Ausl'ührungsform des in F i g. 1 dargestellten Intcgralreglers.

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm Signalwcllenlornien zur Erläuterung der Erfindung.

Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Sensors für den Betriebszustand der Maschine für die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Wie es in F i g. I dargestellt ist. steht, die schematisch mit IC bezeichnete Brennkraftmaschine an ihrer Einlaßseite mit einer Kraftstoff und Luft mischenden und zumessenden Einrichtung It in Verbindung. Die Einrichtung 11 kann beispielsweise ein Vergaser oder eine Kraftstoffeinspritzanlage sein. Die Zündeinrichtung

ίο 11 liefert eine bestimmte Luft- und Kraftstoffmenge der Brennkraftmaschine iO. Ein Abgassensor 12 erstreckt sich in den Abgaskanal, so daß er den Abgasen ausgesetzt ist, um ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, das von der Zusammensetzung der Gase im Abgas der Brennkraftmaschine 10 abhängt. Das Ausgangssignal vom Sensor 12 liegt an einem Eingang eines Komparators 14 zum Vergleich mit einer Bezugsspannung Vref, um ein Signal zu erzeugen, das den Unterschied zum oder die Abweichung vom Bezugswert wiedergibt.

Das Differenzsignal vom Komparator 14 üegt an einem Regler 16,dereinen Proportionalregelfunktionsverstärker 18 und einen lntegralregelfunktionsverstärker 20 enthält, die beide mit ihren Eingängen mit dem Ausgang des Komparators 14 und mit ihren Ausgängen mit einem Summierungsfunktionsverstärker 22 verbunden sind. Der Regler 16 liefert der Kraftstoff und Luft mischenden und. zumessenden Einrichtung 11 über die Leitung 13 ein Ausgangssignal, um das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches derart zu regeln, daß das Abgas

jo der Brennkraftmaschine ein Minimum an schädlichen Bestandteilen enthält. Der Integralregler 20 umfaßt einen Funktionsverstärker 23, dessen invertierende Eingangsklemme über den normalerweise geschlossenen Leitungsweg eines elektronischen Schalters 24 mit dem Ausgang des Komparators 14 und dessen nicht invertierender Eingang mit dem Massepotential verbunden ist. Ein Integrationskondensator 26 ist parallel zur invertierenden Eingangsklemme und zur Ausgangsklemme des Verstärkers 23 geschaltet, um eine Integration des Eingangssignals zu bewirken. Parallel zum Kondensator 26 ist ein als Schließerkontakt ausgebildeter elektronischer Schalter 28 geschaltet. Ein Sensor für den Betriebszustand der Maschine, beispielsweise ein Sensor 30 für die Drosselstellung. ist dazu vorgc ehen, Übergangsbetriebszuständc der Maschine festzustellen, bei denen die Maschine auf die Tätigkeit der Drossel mit einem reichen oder einem armen Gemisch betrieben wird. Derartige Übcrgangszustände schließen auch den Betriebszustand bei schwerer Last und den Anfahrbetrieb ein. Das Ausgangssignal vom Sensor 30 liegt über Leitungen 15 und 17 jeweils an elektronischen Schaltern 24 und 28 um deren Schaltwege zu steuern.

Während des Betriebes wird das die Abgaszusammensetzung wiedergebende Signal vom Abgassensor 12 im Komparator 14 mit dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis verglichen, das durch die Bezugsspannung wiedergegeben wird, um ein Ausgaugssignal zu erzeugen, das die Abweichung des Kraftstoff-Luftverhältnisses vom Bezugswert angibt. Infolge der der Anlage eigenen Verzögerungszeit vom Zeitpunkt der Einspritzung oder der Zulieferung des Gemisches zur Maschine bis zum Zeitpunkt, an dem ein Korrektursignal vom Regler 16 erscheint, beeinflußt der Integralregler 20 die Kraftstoffmenge weiter, nachdem der Bezugswcn überschritten ist. wie es in Fig. 4b dargestellt ist, so daß das Signal vom Komparator 14 als eine Kette von Impulsen erscheint, wie sie in F i g. 4b dargesiellt ist, selbst wenn die Maschine mit οίηιτ linntmntpn FV^h.

zahl betrieben wird. Das Ausgangssignal vom Komparator 14 wird durch den Funktionsverstärker 18 proportional verstärkt und gleichzeitig an den Integralregler 20 gelegt.

Unter der Annahme, daß das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben wird, bleiben die elektronischen Schaller 24 und 28 im ausgeschalteten Zustand, so daß das Ausgangssignal des !Comparators durch den Integrator 20 integriert wird, wobei die Ausgangssignale der Proportional- und Integralverstärker zusätzlich am Summationsverstärker 22 liegen, um ein Korrektursignal zu liefern, daß sich durch die Integrationsverstärkung linear mit der Zeit und durch die Proportionalverstärkung scharf an Stufen ändert, wie es in F i g. 4b dargestellt ist. Die Kraftstoff und Luft mischende und zumessende Einrichtung 11 wird durch das Korrektursignal derart gesteuert, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemisches auf den stöchiometrischen Wert geregelt wird.

Bei einer Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs, bei der jeweils ein reiches oder armes Gemisch erforderlich ist, erzeugt der Komparator 14 ein Ausgangssignal 40, das in Fig.4c dargestellt ist. Der Sensor 30 für die Drosselstellung stellt derartige Betriebszustände fest und erzeugt ein Steuersignal für die elektronischen Schalter 24 und 28. Der elektronische Schalter 24 ändert seinen Leitungsweg derart, daß eine Gleichspannung von einem Abgriff an einem Widerstand 32 am Schalter 28 liegt, der über seine geschlossenen Kontakte die Gleichspannung an den Summationseingang des Verstärkers 22 legt. Das Ausgangssignal des Integralreglers 23 ändert sich daher plötzlich auf einen konstanten Wert, der durch die Einstellung des Widerstandes 32 bestimmt ist. Dieser konstante Wert liegt vorzugsweise bei einer Spannung, die dem Bezugswert entspricht, so daß dann, wenn der Betriebszustand der Maschine auf die Arbeit mit konstanter Drehzahl zurückkehrt, und dabei die Schalter 24 und 28 in ihre normalen Stellungen zurückkehren, das Korrektursignal vom Bezugswert eingeschränkt und somit die Zeit herabgesetzt, die erforderlich ist, damit das Korrektursignal auf den Bezugswert zurückkehrt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten abgewandelten Ausführungsbeispiel des Integralreglers 20 ist der Funktionsverstärker 23 durch einen Widerstand 34. der zwischen den Schalter 24 und den Eingang des Summationsverstärkers 22 geschaltet ist, und durch einen Kondensator 36 ersetzt, der zwischen den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 34 und dem Summationsverstärker 22 und Masse geschaltet ist. Der Kondensator 36 wird durch das Aus^an^ssiTial vom Komparator 14 während des Betriebs mit konstanter Geschwindigkeit aufgeladen, um eine Spannung zu entwikkeln. die auf den Spannungspegel des Ausgangssignals des Komparator hin zunimmt oder abnimmt. Bei Übergangszuständen wird der Schalter 24 betätigt, um die Gleichspannung vom Abgriff am Widerstand 32 an den Summationsverstärker 22 zu legen, während der Kondensator 36 auf der Gleichspannung gehalten wird. Bei diesem geänderten Ausführungsbeispiel ändert sich das Integralregelsignal exponentiell und nicht linear, wie beim vorhergehenden Beispiel, während der elektronische Schalter 28 fehlt.

Es ist auch möglich, während der Übergangsperioden in Abhängigkeit davon, ob die Maschine beschleunigt oder verzögert wird, verschiedene Korrekt ursignale zu erzeugen, in F i g. 3 erzeugt der Sensor 30 für den Betriebszustand d?r Maschine an den Leitungen 37 und 38 jeweils ein Signal, das eine Beschleunigung oder eine Verzögerung angibt, sowie an der Leitung 39 ein Signal, das entweder eine Beschleunigung oder eine Verzögerung anzeigt. Zusätzlich ist zwischen dem Schalter 24

■5 und dem invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers 23 ein elektronischer Schalter 25 vorgesehen. Wenn die Maschine mit einer konstanten Drehzahl arbeitet, liegt das Ausgangssignal des Komparators über die Öffnerkontakte der Schalter 24 und 25 am Integralregclverstärker 23, damit dieser das anliegende Signal integrieren kann. Auf eine Beschleunigung des Fahrzeugs hin liefert der Sensor 30 über die Leitungen 37 und 39 Signale zur Betätigung der Schalter 24 und 28, damit die Gleichspannung vom Widerstand 32 an der Summationsschaltung 22 liegt, während die im Kondensator 26 gespeicherte Energie entladen wird. Der Widerstand 32 ist derart eingestellt, daß er eine Spannung liefert, die über dem Bezugswert liegt, wie es durch die unterbrochenen Linien a in Fig.4d dargestellt ist, so daß das Gemisch reicher als bei einer stöchiometrischen Zusammensetzung wird. Bei einer Verzögerung des Fahrzeuges werden die Schalter 25 und 28 derart betätigt, daß die Gleichspannung vom Abgriff am Widersland 42 am Summationsverstärker 22 liegt. Die Spannung vom Widerstand 42 ist auf einen Wert unterhalb des Bezugswertes eingestellt, wie es durch unterbrochene Linien b in Fig.4d dargestellt ist. so daß das Gemisch ärmer als bei einer stöchiometrischen Zusammensetzung wird.

Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das zum Feststellen der Verzögerung einer Maschine mit einer elektronischen Kraftstoffeinspritzanlage verwendbar ist. Die Basis eines Transistors T1 steht mit einer Steuerimpulsquelle in Verbindung, die die nicht dargestellte Kraftstoffeinspritzanlage derart betreibt, daß sie auf die anliegenden Eingangsimpulse ein- und ausschaltet. Ein Kondensator C1 ist über einen Widerstand R 2 mit dem Emitter des Transistors Tl gekoppelt, um auf das Durchschalten des Transistors Π hin elektrische Energie aufzuladen. Die sich quer über dem Kondensator C1 entwickelnde Spannung liegt über Widerstände Λ 3 und /?4 an der Basis eines Transistors T2, dessen Emitter über einen Widerstand R 5 mit der Basis eines Transistors 7"3 in Verbindung steht. Wenn die Spannung über dem Kondensator Cl oberhalb eines bestimmten Wertes liegt, werden die Transistoren T2 und T3 leitend, so daß vom Kollektor des Transistors T3 eine niedrige Ausgangsspannung geliefert wird. Bei einer Fahrzeugverzögerung verlängert sich das Impulsintervall und verringert sich als Folge davon die Spannung über dem Kondensator CI auf einen Wert unterhalb des vorbestimmten Wertes, so daß die Transistoren Γ2 und 7~3 nicht leitend werden und ein hohes Ausgangssignal geliefert wird. Dieses Signal dient als Steuersignal für die elektronischen Schalter des Integralreglers 20.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den zusätzlichen Vorteil, daß unerwünschte Konsequenzen, wie beispielsweise eine starke Abweichung des Kraftstoff-Luftverhältnisses vom Bezugswert infolge einer fehlerhaften Arbeitsweise des Abgassensors wirksam vermieden werden können, da das Auftreten einer derartigen fehlerhaften Arbeitsweise durch die Anlage ebenfalls ais Störung des Systems, ähnlich wie eine Beschleunigung oder eine Verzögerung des Fahrzeuges, erkannt werden

b5 kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für das Luft-Brennstoffverhältnis des einer Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches, mit einer Abgassonde zum Abfühlen der Konzentration von Anteilen der Abgase der Maschine und zur Erzeugung eines für die abgefühlte Konzentration repräsentativen Abgassignals, einem mit der Abgassonde verbundenen Komparatur zum Vergleichen des Abgassignals mit einem Bezugswert zur Erzeugung eines für den Unterschied zwischen beiden repräsentativen Fehlersignals, einem mit dem Komparator verbundenen Integralreglcr zur Erzeugung eines dem Fehlersignal entsprechenden Integralregelsignals und einem mit dem lntegralregier verbundenen Luft-Brennstoffzuführsystem zum Zuführen eines Luft-Brennstoffgemisches in einem entsprechend dem Integralregelsignal gesteuerten Mischungsverhältnis und mit einer mindestens einen Sensor und Schalter umfassenden Anordnung zum Berücksichtigen von Betriebszuständen durch Beeinflussung des Regelsignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Sensor (30) zum Abfühlen von Betriebszuständen, bei denen das Fehlersignal nach einer Seite abweicht, und mit dem Sensor (30) verbundene Schalter (24,25,28) aufweist und daß die Schalter (24, 25, 28) das Fehlersignal vom Integralregler (20) trennen und einen einstellbaren Spannungsteiler (32) zum Abgeben einer ge- jo wünschten Gleichspannung als Integralregelsignal mit dem Lufl-Brennstoffzuführsystem (11) verbinden.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (30) zum Abfühlen von Betriebszuständen die Maschinenbeschleunigung, die Maschinenverzögerung, den Anfahrbetrieb, den Schwerlastbetrieb und einen Fehler der Abgassonde (12) abfühlt.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß