DE2705833C2

DE2705833C2 - Emissionsregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2705833C2
Application number: DE2705833A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Tokyo Aono; Akio Yokohama City Hosaka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1976-02-12
Filing date: 1977-02-11
Publication date: 1984-05-10
Also published as: US4203394A; DE2705833A1; CA1108725A; JPS5297028A; JPS5611057B2

Description

stromabwärts vom Meßfühler 12 vorgesehen, um die

ichädlichen Bestandteile der Emissionen in unschädli- :he Stoffe umzuformen, wobei der Umformungswirkungsgrad am höchsten ist, wenn das Kraftstoff-Luftverhältiiis auf einen Wert in der Nähe des stöchiometrischen Wertes eingeregelt ist Die Spannung V1 wird an einen Eingang eines Differenzverstärkers 15 gegeben, um mit einer Bezugsspannung V 2 verglichen zu werden, die den Sollwert des K.raftstoff-Luftverhähnisses in der Nähe des stöchiometrischen Wertes, auf den das Gemisch eingeregelt werden soll, wiedergibt Das Ausgangssignal V3 des Differenzverstärkers 15 stellt demnach die Abweichung des gemessenen Mischungsverhältnisses von dem Sollwert dar.

Ein Proportional-Iniegrallager 16 erhält das Ausgangssignal V3 des Differenzverstärkers 15, um seine Amplitude entsprechend der vorgegebenen Pl-Regelkennünie zu modulieren, und liefert ein Ausgangssignal VA an den nicht invertierenden Eingang eines weiteren Differenzverstärkers 17.

Die Misch- und Proportionierungsvorrichtung 11 für das Kraftstoff-Luftgemisch erhält das Ausgangssignal des Differenzversträkers 17, um das Mischungsverhältnis entsprechend zu korrigieren. Aufgrund der unvermeidlichen Verzögerung, die in der Brennkraftmaschine 10 vom Augenblick der Korrektur an bis zum Augenblick der Feststellung am Meßfühler 12 auftritt besteht jedoch in dem Regelkreis die Tendenz, das Kraftstoff-Luftverhältnis noch weiter zu beeinflussen, nachdem der Sollwert bereits erreicht ist, so daß im Regelkreis eine Pendelung auftritt Diese Pendelung der Regelgröße ist vorhanden, selbst wenn die Brennkraftmaschine im stabilen Zustand oder mit konstanter Drehzahl läuft.

Zwischen dem Meßfühler 12 für die Abgaszusammensetzung und dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 17 ist eine Schaltung zur Erzeugung eines Abweichungssignals vorgesehen, die eine Abweichungsspannung liefert um einen im Ausgangssignal des Reglers 16 vorhandenen Fehler auszugleichen. Die Schaltung zur Erzeugung des Abweichungssignals umfaßt ein. Mittelwertbildungsschaltung 18 und einen zweiten Differenzverstärker 19. Die Mittelwertbildungsschaltung 18, die ein /?C-Filter oder andere äquivalente Schaltungen umfassen kann, empfängt das Ausgangssignal des Meßfühlers 12 für die Abgaszusammensetzung und liefert ein Ausgangssignal V5, das den durchschnittlichen Wert oder iiittelwerc der Istwerte der gemessenen Sauerstoffkonzentration, die wegen der oben beschriebenen Pendelung schwankt, darstellt. Das Ausgangssignal V5 wird an den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärker 19 gelegt, um mit einer Bezugsspannung V2' verglichen zu werden, die gleich V2 sein kann. Der Differenzverstärker 19 liefert ein Ausgangssignal V6 an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 17, dessen Ausgangssignal die Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen V4 und V6 darstellt.

Wie aus F i g. 4A ersichtlich ist, entspricht, wenn die Vorrichtung richtig auf das Regeloptimum für den katalytischen Umformer einjustiert ist, der Mittelwert der gemessenen Konzentration dem Sollwert der Regelung, wie es durch die Signalform während des Zeitintervälls »a« gezeigt ist Während der Zeitdauer »h« wurde dagegen angenommen, daß das Ausgangssignal des Meßfühlers 12 für die Abgaszusammensetzung sich derart geändert hat, daß die Mittelwertbildungsschaltung 18 als Abweichungsspannung ein positives Signal liefert. Während der Zeitdauer »c« ist der Zustand umgekehrt, und die Mittelwertbildungsschaltung liefert ein negatives Signal. Beide Signale, das positive und das negative, werden mit der Bezugsspannung V 2 in dem Differenzverstärker !9 verglichen, der die Abweichungsspanitung erzeugt die in Fig.4B dargestellt ist. Wenn das Ausgangssignal des Reglers 16 direkt art die Misch- und Proportionicrungseinriehtung U angelegt würde, würde das Regelnivcau auf die Höhe 20 bzw. 21 während der Zeitdauer »b« bzw. »c« verschoben. Der Differenzverstärker 17 gleicht den Fehler aus und stellt proportional zum Signal vom Differenzverstärker 19 das Regelniveau wieder auf die Sollhöhe ein.

In F i g. 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel zu F i g. 1 gezeigt, bei dem der Eingang der Mittelwertbildungsschaltung 18 nicht am Ausgang des Meßfühlers 12 für die Abgaszusammensetzung, sondern am Ausgang des Differenzverstärkers 15 liegt und der Ausgang der Mittelwertbildungsschaltung unmittelbar mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 17 verbunden ist wobei der Differenzverstärker IS der F i g. 1 entfällt Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal des Differenzverstän'o ts 15 von der Mittelwertschaltung 18 gemitteit und an den Differenzverstärker 17 angelegt um das Spannungsniveau des Ausgangssignals V 4 des Reglers 16 zu verschieben.
Eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 ist in Fig.3 dargestellt, in der ein Meßfühler 30 vorgesehen ist, um einen oder mehrere Betriebsparameter, etwa die Drehzahl, das Ansaugluftvolumen und die Temperatur der Brennkraftmaschine, zu ermitteln und ein Ausgangssignal zu liefern, das den ermittelten Parameter angibt und an einen Regelverstärker 31 gegeben wird, der mit dem Ausgang der Mittelwertschaltung 18 verbunden ist Der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 31 wird nach Maßgabe des ermittelten Betriebsparameters gesteuert um die Amplitude des Mittelwertes der festgestellten Sauerstoffkonzentration zu modulieren, und liefert das amplitudenmodulierte Mittelwertsignal an einen Funktionsgenerator 32. Der Funktionsgenerator 32 hat eine vorgegebene nichtlineare Kennlinie, die zur Ausgangskennlinie des Meßfühlers <2 für die Abgaszusammensetzung komplementär ist, um ein kompensiertes Ausgangssignal für den Differenzverstärker 19 zu erzeugen.

Wenn an der stromabwärtigen Seite des katalytischen Umformers 14 ein zusätzlicher Meßfühler für die Abgaszusammensetzung vorgesehen ist, liefert dieser Meßfühler ein Ausgangssignal, das dem gemitteilen Wert der Momentanwerte der von dem Meßfühler 12 an der stromaufwärtigen Seite des Umformers 14 gemessenen Konzentration entspricht. Es ist daher zu beachten, daß die Zeitkonstante der Mittelwertbildungsschaltung 18 so gewählt wird, daß deren Ausgangskennlinie analog zu derjenigen ist die durch den Meßfühler au der stromabwärtigen Seite erhalten wird, um die Mittelwertbildungsfunktion des katalytischen Umformers zu simulieren, und daß die gewählte Zeiikonstante größer ist als die Zeitkonstante oder Integrationsgeschwindigkeit des PI-Reglers 16.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 _ _ , Die Erfindung bezieht sich auf eine Emissionsregel- mentansprucne: vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ge-

1. Emissionsregelvorrichtung für eine Brennkraft- nannten Art

maschine, die eine Misch- und Proportionierungsein- Bei einer solchen, aus der DE-OS 23 33 743 bekannrichtung für das Kraftstoff-Luftgemisch, ein Aus- 5 ten Emsssionsregelvorrichtung kann, das vom Regler abpuffrohr und einen in dem Auspuffrohr angeordne- gegebene Regelsignal jedoch einen Fehler enthalten, so ten katalytischen Umformer hat, mit einem Meßfüh- daß das Kraftstoff-Luftgemisch nicht auf den tatsächliler für die Abgaszusammensetzung, der in dem Aus- chen Sollwert eingestellt wird, wodurch die bei .1er Verpuffrohr an der Einströmseite des katalytischen Um- brennung des Gemisches anfallenden schädlichen Beformers angeordnet ist um die Konzentration eines io standteile der Abgase ansteigen und auch der katalyti-Bestandteils der Abgase festzustellen und ein diese sehe Umformer nicht an seinem den maximalen Wir-Konzentration anzeigendes Signal zu erzeugen, ei- kung.sgrad der Umformung erzielenden Arbeitspunkt nem Differenzverstärker, der das die Konzentration betrieben wird. Der im Ausgangssignal des Regler entanzeigende Signal und ein einen Sollwert für das haltene Fehler ist durch Änderungen der Kennlinien gewünschte Kraftstoff-Luftverhältnis angebendes 15 einiger Bauteile des Regelkreises, die als Folge des Be-Bezugssignal erhält und ein Ausgangssignal abgibt trieb«; über eine längere Zeit auftreten, und durch wechdas die Abweichung des Kraftstoff-Luftverhältnisses selnde äußere Bedingungen verursacht, denen die des verbrannten Gemisches von dem Sollwert an- Brennkraftmaschine ausgesetzt ist Ein solcher Fehler gibt und einen Regler, der das Ausgangssignal des verschiebt den tatsächlichen Regelpunkt von dem für Differenzverstärkers erhält und dessen Amplituden 20 den Icatalytischen Umformer optimalen Arbeitspunkt nach Maßgabe einer vorgegebenen Regelkennlinie an dem er mit seinem maximalen Wirkungsgrad im wemoduliert, um ein Regelsignal zu liefern, das an die sentlichen gleichzeitig die schädlichen Bestandteile CO, Misch- und Proportionierungseinrichtung gegeben HC und NOx umformt

wird, gekennzeichnet durch einen parallel Aufgabe der Erfindung ist es, eine Emissionsregelvor-

zum Regler (16) angeordneten Schaltungsteil (18,30, 25 richtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten

31, 32, 19) mit einer Mittefwertbildungsschaltung Art so weiterzubilden, daß auch nach längeren Betriebs-

(18) zur Erzeugung einer Abweichungs-Spannung zeiten und extremen Schwankungen der Umgebungsbe-

(VS, VS), die den Mittelwert des die Konzentration dingungen der Brennkraftmaschine im wesentlichen

eines Bestandteiles des Abgases anzeigenden Si- kein Fehler im Ausgangssignal des Reglers auftritt

gnals (V V₁ darstellt und durch ein zwischen dem 30 Bei einer Emissionsregelvorrichtung der genannten

Regler (16) und der Misch- und Proportionierungs- Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden

einrichtung (11) angeordnetes Schaltungsglied (17), Teil des Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst

|{ das die Abweichungs-Si>annurg (VS. V6) mit dem Bei der erfindungsgemäßen Emissionsregelvorrich-

ß Regelsignal (V4) kombiniert. tung wird mit Hilfe der Mittelwertbildungsschaltung aus

ig 2. Emissionsregelvorrichtung nach Anspruch 1, 35 den Ausgangssignalen des die Konzentration eines Be-

ä'ä gekennzeichnet durch einen zweiten Differenzver- Standteiles der Abgase erfassenden Meßfühlers über je-

y stärker (19), der zwischen der Mittelwertbildungs- weils bestimmte Zeiträume ein Mittelwert gebildet der

Ji schaltung (18) und dem kombinierenden Schaltungs- bei einem Auftreten eines Fehlers im Ausgangssignal

ψ, glied (17) angeordnet ist und der das Ausgangssignal des Reglers, also einem Auswandern des gewünschten

$ (VS) der Mittelwertbildungsschaltung (18) erhält 40 Regelpunktes, eine Abweichungsspannung gegenüber

$ und mit dem Sollwert (VT) vergleicht und dessen dem Mittelwert der Ausgangssignale bei einem fehler-

B Ausgang mit dem kombinierenden Schaltungsglied freien Ausgangssignal des Reglers enthält. Diese Ab-

||· (17) verbunden ist weichungsspannung wird dem Ausgangssignal des Reg-

■ß 3. Emissionsregelvorrichtung nach Anspruch!, lers überlagert, so daß damit das im Ausgangssignal des

I? dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelwertbil- 45 Reglers enthaltene Fehlersignal gerade kompensiert

v£ dungsschaltung (18) das die Abweichung vom Soll- wird.

'■V, wert darstellende Ausgangssignal fV3) erhält und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran-

fji ein Ausgangssignal (VS) erzeugt, das den Mittelwert Sprüchen angegeben.

te des Ausgangssignals (V3) angibt und dem kombinie- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand

|ϊ renden Schaltungsglied (17) zuführt. 50 der Zeichnung erläutert. Es zeigt

0 4. Emissionsregelvorrichtung nach Anspruch 2 F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

If oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelwert- F i g. 2 eine alternative Ausführungsform der F i g. 1.

fi büdungsschaltung (18) ein WC-Filter aufweist. Fig. 3 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels

§| 5. Emissionsregelvorrichtung nach Anspruch 2 der Fig. !,und

Xi oder den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeich- 55 F i g. 4 ein Signal-Diagramm, das zur Erläuterung der

Ji'l net. daß der die Abweichungs-Spannung erzeugende Erfindung dient.

Si Schaltungsteil (18, 30, 31, 32, 19) eine Einrichtung In Fig. I erhält eine Brennkraftmaschine 10 ein

^ (30) zum Ermitteln eines Betriebsparameters der Kraftstoff-Luftgemisch von einer Misch- und Proportio-

?i Brennkraftmaschine, cine Einrichtung (31), die an die nicrungsvorrichtung 11, die die Gemischmenge propor-

- Mittelwertbildungsschaltung (18) angeschlossen ist 60 tional zu einem an sie angelegten Eingangssignal do-

' und die Amplitude dos den Mittelwert angebenden siert. Ein Meßfühler 12 für die Abgaszusnmmensct/ung

■; Signals nach Maßgabe des ermittelten Betricbspara- ist in dem Auspuffrohr 13 angeordnet, der die Kon/en-

meters moduliert, und einen Funktionsgenerator tration eines Abgasbestandteils, etwa des Restsauer-

(32) aufweist, dessen Kennlinie komplementär zu der stoffes, der in den Emissionen der Brennkraftmaschine Kennlinie des Meßfühlers (12) ist und dessen Aus- (>■; vorhanden ist, feststellt und ein Ausgangssignal V I lie-

<,■ gang mit dem /weiten Differenzverstärker (19) ver- fert, dessen Amplitude proportional zu der festgestellt

Inimlcn ist. ten Konzentration ist. Ein katalytischer Umformer 14 isi