DE3104216C2

DE3104216C2 - Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3104216C2
Application number: DE3104216A
Authority: DE
Inventors: Fujio Musashino Tokio/Tokyo Matsui; Masaaki Ohgami
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-02-06
Filing date: 1981-02-06
Publication date: 1986-07-10
Also published as: FR2475133A1; FR2475133B1; GB2069190B; JPS56110538A; GB2069190A; DE3104216A1; JPS632019B2; US4386592A

Abstract

Eine Anordnung zum Regeln des Luftbrennstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors hat einen Ansaugkanal, einen Abgaskanal, eine Luftbrennstoffgemisch-Zuführeinrichtung, ein Auf-Zu-Elektromagnetventil zum Korrigieren des durch die Luftbrennstoffgemisch-Zuführeinrichtung zugeführten Luftbrennstoffgemisches, Zittersignalerzeugungskreiseinrichtungen zum Erzeugen eines periodischen Zittersignals mit einem Muster, das mehrere Berg- und Talteile enthält, eine Verschiebungsregelkreiseinrichtung zum Verschieben des Pegels der Mitte des Zittersignals, einen Treiberkreis zum Erzeugen eines Treiberausgangssignals entsprechend dem Zittersignal und Feststelleinrichtungen zum Feststellen der Konzentration des Sauerstoffs in den durch den Abgaskanal strömenden Abgasen. Die Anordnung ist mit Einrichtungen zum Bestimmen der Abweichung des durch die Feststelleinrichtung festgestellten Zittersignals und mit Beurteilungseinrichtungen zum Beurteilen der Richtung und des Betrags der Abweichung des festgestellten Zittersignals von dem stöchiometrischen Luftbrennstoffverhältnis versehen. Das an den Treiberkreis anzulegende Zittersignal wird in einer Richtung um einen Betrag entsprechend der Richtung und dem durch die Beurteilungseinrichtung beurteilten Betrag verschoben, wodurch die Abweichung des Zittersignals auf das stöchiometrische Luftbrennstoffverhältnis korrigiert werden kann.

Description

fen des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers und dem Maß der Verschiebung des mittleren Pegels des rechteckförmigen Impulszugs,

F i g. 4 (A) bis (G) Darstellungen von Kurven des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers auf der linken Seite und von Kurven der Verschiebung des rechteckförmigen Impulszugs auf der rechten Seite,

Fi g. 5 eine Darstellung der Beziehung zwischen dem Tastverhältnis der Impulse zum Antreiben eines Elektromagnetveniiis und der Verschiebung des mittleren Pegels des Impulszugs und

F i g. 6 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß F i g. 1 steht ein Vergaser 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 in Verbindung. Der Vergaser 1 enthält eine Schwimmerkammer 3, ein in einem Einlaßkanal gebildetes Venturirohr 4, eine mit der Schwimmerkammer 3 über einen Hauptbrennstoffkanal 6 in Verbindung siehende Düse 5 und eine Leerlauföffnung 10, die nahe einem Drosselventil 9 in dem Einlaßkanal vorgesehen ist und mit der Schwimmerkammer 3 über einen Leerlaufbrennstoffkanal 11 in Verbindung steht Luftkorrigierkanäle 8 und 13 sind jeweils parallel zu einer Hauptluftöffnung 7 und einer Leerlaufluftöffnung 12 vorgesehen. Auf-Zu-EIektromagnetventile 14 und 15 sind jeweils für die Luftkorrigierkanäle 8 und 13 vorgesehen. Einlaßöffnungen jedes Auf-Zu-Elektromagnetventils 14 und 15 stehen mit der Atmosphäre über einen Luftfilter oder einen Luftreiniger 16 in Verbindung. Ein Sauerstoffühler 19 ist in einer Abgasleitung 17 angeordnet, die mit dem Verbrennungsmotor in Verbindung steht. Der Fühler 19 bestimmt den Sauerstoffgehalt der Abgase. Ein katalytischer Dreiwegkonverter 18 ist in der Abgasleitung 17 stromabwärts des Sauerstoffühlers 19 vorgesehen. Das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 19 wird an eine elektronische Regelschaltung 20 eines elektronischen Regeisystems angelegt. Die elektronische Regelschaltung 20 bewirkt die Korrektur des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des durch den Vergaser 1 erzeugten Luft-Brennstoff-Gemischs.

Gemäß F i g. 2 ist der Ausgang des Sauerstoffühlers 19 mit Pegelbestimmungskreisen 21, 22 und 23, mit einem Speicherkreis 24, mit einem Taktkreis 25 und mit UND-Gattern 26, 27 und 28 verbunden. Die Ausgänge der Pegelbestimmungskreise 21, 22 und 23 sind jeweils mit je einem der genannten UND-Gatter verbunden. Die Ausgänge der UND-Gatter 26, 27 und 28 sind mit entsprechenden Gattern 29,30 und 31 verbunden. Taktsignale X und Y werden an den Speicherkreis 24 und an Gatter 29,30 und 31 angelegt. Das Ausgangssignal Z des Speicherkreises 24 wird an die Pegelbestimmungskreise 21,22 und 23 angelegt. Die Ausgänge der Gatter 29,30 und 31 sind mit einem Bestimmungskreis 32 verbunden, dessen Ausgang mit einem Kreis 33 verbunden ist, der das Maß zur Verschiebung des mittleren Pegels eines rechteckförmigen Impulszugs bestimmt. Der Pegel des in F i g. 5 bei R gezeigten Ausgangssignals des Kreises

33 hängt vom Ausgangssignal des Kreises 32 ab. Das Ausgangssignal des Kreises 33 und das Ausgangssignal eines Erzeugungskreises 35 für das rechteckförmige Impulssignal werden an einen Kreis 34 zur Verschiebung des mittleren Pegels des rechteckförmigen Impulszugs angelegt. Der Kreis 35 dient zur Erzeugung des Impulszugs mit konstanter Amplitude und konstanter Frequenz. Die Frequenz des Impulszugs wird in dem Kreis

34 durch das Ausgangssigna) von dem Kreis 33 korrigierl, siehe die Impulse P in Fig.5. Der Ausgang des Kreises 34 ist mit Elektromagnetventilen 14 und 15 über einen Treiberkreis 36 verbunden. Das Tastverhältnis der Treiberimpulse von dem Treiberkreis 36 ändert sich in Abhängigkeit von dem Pegel des Ausgangssignals des Kreises 34.

Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 19 innerhalb eines den stöchiometrischen Wert einschließenden Bereichs liegt, ist es nicht notwendig, die Frequenz des Ausgängssignals des Sauerstoffühlers zu ändern, das an die Elektromagnetventile 14 und 15 angelegt werden

ίο soll. Wenn jedoch das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers nach der fetten oder der mageren Seite von der Stöchiometrie während der Beschleunigung oder Verzögerung des Motors abweicht, wird die Frequenz geändert, um die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses schnell zu korrigieren. Gemäß der Erfindung wird das Maß der Verschiebung des mittleren Pegels des rechteckförmigen Impulszugs in Abhängigkeit von der Abweichung des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers für eine schnelle Korrektur der Abweichung im

Übergangszustand geregelt.

Gemäß Fig.3 gibt es sieben StiV'n A bis G für die Auswertung des Ausgangssignals des S tuerstoffühlers. Das Maß der Verschiebung des mittleren Pegels des rechteckförmigen Impulszugs ändert sich entsprechend stufenweise. Um die Abweichung des Ausgangssignals des Sa:jerstoffühlers in sieben Stufen zu klassifizieren, wird das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers mit einem Signal verglichen, das nach einer vorbestimmten Periode festgestellt wird.

Die Stufe A betrifft den eingeschwungenen Zustand des Motorbetriebs, die Stufen B, C und D beziehen sich auf den Übergangszustand zum Verschieben nach der mageren Seite und die Stufen E, Fund G beziehen sich auf die Verschiebung nach der fetten Seite.

Die Amplitude des Ausgangssignals des Sauerstofffühlers 19 ist innerhalb einer maximalen Amplitude begrenzt und der untere Wert der Amplitude wird durch Definition mit 0% angenommen, während die Spitze mit 100% angenommen wird, was einem Tastverhältnis von 0% und 100% für das Auf-Zu-Elektromagnetventil entspricht, weshalb 50% dem stöchiometrischen Wert entspricht. Der Pegelbestimmungskreis 21 dient zum. Bestimmen, ob das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 19 80% des Pegels des Ausgangssignals Z des Speicherkreises 24 übersteigt. Der Pegelbeslimmungskreis 22 dient zum Bestimmen, ob das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 50% des Pegels des Ausgangssignals Z übersteigt und der Pegelbestimmungskreis 23 dient zum Bestimmen des Ausgangssignals bei einer Abweichung von 20%.

Das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 19 wird an die Pegelbestimmungskreise 21, 22 und 23, den Speicherkreis 24 und den Taktkreis 25 angelegt. Der Taktkreis 25 erzeugt Taktsignale X, wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers einen Maximalwert aufweist. Der Speicherkreis /4 speichert den Pegel des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers 19 beim Empfang des Taktsignals X und gibt den gespeicherten Pegel als Speichersignal Z beim Auftreten eines Taktsignals X nach ein oder zwei Impulsen ab. Auf diese Weise werden ein aktuelles Ausgangssignal von dem Sauerstoffühler 19 und das im Kreis 24 gespeicherte Ausgangssignal den Pegelbestimmungskreisen 21 bis 23 zugeführt. Der Pegelbestimmungskreis 21 läßt das aktuelle Signal durch, wenn es über 80% des Pegels des Signals Z liegt, der Pegelbestimmungskreis 22 läßt das aktuelle Signal durch, wenn es über 50% liegt, und der Pegelbestimmungskreis 23 läßt das aktuelle Signal durch, wenn es

über 20% liegt.

F i g. 4 (A) bis (G) zeigen das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 19 und das Maß der Verschiebung des rechteckförmigen Impulszugs. F i g. 4 (A) zeigt das Ausgangssignal (Stufe A) im eingeschwungenen Zustand des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Motorbetriebs. Der Pegel des Signals (Amplitude / von der unteren Grenze zur Spitze) beim Speichern ist gleich dem Pegel (Amplitude K) beim Bestimmen. Alle Pegelbestimmungskreise 21,22 und 23 erzeugen deshalb Ausgangssignale und folglich erzeugen alle UND-Gatter 26, 27 und 28 jeweils Ausgangssignale. Die Gatter 29, 30 und 31 erzeugen Ausgangssignale beim Auftreten des Taktsignals Y, das beim Maximalwert des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers 19 erzeugt wird. Der Stufenbestimmungskreis 32 bestimmt die Stufe A durch die Ausgangssignale der Gatter 29, 30 und 31, um das Ausgangssignal entsprechend der Stufe A zu erzeugen. Wenn die Stufe A festgestellt worden ist. wird eine Verschiebung des rechteckförmigen Impulszugs am Kreis 35 nicht ausgeführt.

F i g. 4 (B) zeigt die Stufe B, bei der die Amplitude K die Pegel von 50% bis 80% kreuzt. Die Gatter 29 und 30 erzeugen somit Ausgangssignale, so daß der Stufenbestimmungskreis 32 die Stufe B bestimmt. Das festgestellte Ausgangssignal der Stufe B weicht nach der fetten Seite von der stöchiometrischen 50%-Linie ab. Der Kreis 32 erzeugt ein Ausgangssignal zum Verschieben des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers 19 nach der mageren Seite. Der Kreis 33 erzeugt ein Signal, um das Ausgangssignal um »I« nach der mageren Seite (hoher Pegel) in Übereinstimmung mit dem Signal von dem Kreis 32 zu verschieben. Der Kreis 34 arbeitet zum Verschieben des Ausgangssignals von dem Kreis 35 in Abhängigkeit von dem Signal von dem Kreis 33. Das verschobene Ausgangssignal des Sauerstoffühlers wird den Elektromagnetventilen 14und 15 über den Treiberkreis 36 zugeführt.

Wenn gemäß F i g. 5 der Pegel des Signals P hoch ist, ist das Tastverhältnis groß, was bedeutet, daß die öffnungsperiode des Ventils erhöht wird, wodurch das Luft-Brennstoff-Gemisch verdünnt wird. Die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses nach der fetten Seite kann auf diese Weise schnell auf den stöchiometrischen Wert konvergieren.

Wenn die in den F i g. 4 (C) und (D) gezeigten Stufen C und D bestimmt worden sind, wird ein gleichartiger Vorgang wie der oben erwähnte Vorgang ausgeführt. Das Signal P wird verschoben, um die Frequenz in Abhängigkeit von »II« und »III« bei den Stufen Cund D zu korrigieren.

F i g. 4 (E), (F) und (G) zeigen Stufen £ F und C, die bedeuten, daß das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers nach der mageren Seite abweicht Die Anordnung arbeitet deshalb zum Verschieben der Mitte des Signals P nach der fetten Seite. Insbesondere im Falle der Stufe E erzeugen nur die Gatter 30 und 31 Ausgangssignale, so daß der Kreis 32 ein Stufe-E-Signal erzeugt und der Kreis 33 ein Signal zum Verschieben um I nach der fetten Seite erzeugt. Bei den anderen Stufen F und G wird eine gleichartige Regelung zu der Stufe E ausgeführt

Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform, in welcher die Erfindung bei einem Motor angewendet ist, der mit einem Brennstoffeinspritzsystem versehen ist Ein Brennstoffinjektor 40 ist an einer Ansaugleitung 39 stromabwärts eines Luftfilters 38 vorgesehen. Der Brennstoffinjektor 40 steht mit einem Brennstofftank 41 mit einer (nicht dargestellten) Brennstoffpumpe über eine Leitung 42 in Verbindung. Der Brennstoffinjektor 40 ist wirksam mit einer Regeleinheit 43, welche die Regelanordnung 20 der F i g. 2 enthält, verbunden. Der Sauerstoffühler 19 und der Fühler 37 für die Umdrehungen pro Minute sind zum Regeln der Regelanordnung 20 vorgesehen. Bei diesem System wird der Brennstoffinjektor 40 durch das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers in derselben Weise wie bei der vorangehenden Ausführungsform betätigt, wodurch eine wirksame Emissionsregelung ausgeführt werden kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors mit einem Ansaugkanal, einem Abgaskanal, einer Luft-Brennstoff-Gemisch-Zuführeinrichtung, einem Auf-Zu-Elektromagnetventil zum Korrigieren des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des durch die Zuführeinrichtung zugeführten Gemisches, einem Kreis zum Erzeugen eines periodischen Impulszuges, der konstante Amplitude und Frequenz aufweist, einem Kreis zum Verschieben des mittleren Pegels des Impulszuges, einem Treiberkreis zum Aussteuern des Auf-Zu-EIektromagnetventils und einem Sauerstoffühler zum Feststellen der Konzentration des Sauerstoffs in den durch den Abgaskanal strömenden Abgasen, gekennzeichnet durch einen Speicherkreis(24) zum Speichern eines Maximalwertes des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers (19), Pegelbestimmungskreise (21, 22t 23), die je mit dem aktuellen Ausgangssignal des Sauerstoffühlers (19) und mit dem vorher im Speicherkreis (24) gespeicherten Maximalwert gespeist werden und von denen jeder ein Signal abgibt, wenn das aktuelle Ausgangssignal des Sauerstoffühlers einen bestimmten prozentualen Pegel des gespeicherten Maximalwertes übersteigt, Gatter (26 bis 31) zum Weiterleiten der Ausgangssignale der Pegelbestimmungskreise (21 bis 23), einen Beurteilungskreis (32), der auf die Ausgangssignale der Gatter (26 bis 31) anspricht und ein Signal erzeugt, das die Richtung und den Betrag der Abweichung des Ausgangssigtals des-^uerstoffühlers von dem stöchiometrischen *' .uft-Brennstoff-Verhältnis darstellt, und einen Kreis (33), de· auf das Ausgangssignal des Beurteilungskreises (32) anspricht und ein Signal erzeugt, das Richtung und Betrag der Verschiebung des mittleren Pegels des periodischen Impulszuges bestimmt und das dem Kreis (34) zum Verschieben des mittleren Pegels des Impulszuges zugeführt wird.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung wird insbesondere angewendet bei einem Emissionsregelsystem eines Verbrennungsmotors mit einem Dreiwegkatalysator, um den Dreiwegkatalysator wirksam zu betätigen.

In einer Rückkopplungsregelanordnung eines Verbrennungsmotors tastet der Sauerstoffühler den Sauerstoffgehalt der Abgase ab, um ein elektrisches Signal als Anzeige des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des durch den Vergaser zugeführten Luft-Brennstoff-Gemisches zu erzeugen. Die Regelanordnung enthält einen Komparator zum Vergleichen des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers mit einem vorbestimmten Wert, einen mit dem Komparator verbundenen Integrierkreis, einen Treiberkreis zum Erzeugen von Rechteckwellenimpulsen aus dem Ausgangssignal des Integrierkreises und ein Auf-Zu-Elektromagnetventil zum Korrigieren des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemischs. Die Regelanordnung arbeitet um zu bestimmen, ob das Rückkopplungssignal von dem Sauerstoffühler höher oder niedriger als ein vorbestimmter Bezugswert entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis zum Erzeugen eines Fehlersignals zum Betätigen des Auf-Zu- Elektromagnetventils ist, um das Auf-Zu-Elektromagnetventil zu betätigen, um dadurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemischs zu regeln.

Das Ansprechen einer solchen Rückkopplungsregelanordnung ist langsam, da die Feststellzeit des Sauerstoffühlers verzögert ist

Das durch das Auf-Zu-Elektromagnetventil korrigierte Gemisch wird in die Zylinder des Motors durch

ίο den Ansaugkanal eingeführt, darin verbrannt und danach zu dem Abgaskanal abgegeben. Deshalb hat zu der Zeit, zu welcher der Sauerstoffühler den Sauerstoffgehalt der Abgase auf der Basis des korrigierten Gemisches bestimmt hat, die Korrigierwirkung mit dem Auf-Zu-Elektromagnetventil den gewünschten Punkt Überschwüngen. Als Ergebnis wird ein fettes oder mageres Gemisch, verursacht durch das Überschwingen, in den Motor eingebracht und die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses wird durch den Sauerstoffühler bestimmt Auf diese Weise wird eine Korrekturwirkung in entgegengesetzter Richtung eingeleitet Nach dem Ausschwingen des Regeivorgangs konvergiert die Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemischs zum stöchiometrischen Verhältnis. Die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches wird deshalb auf das stöchiometrische Verhältnis mit einer bestimmten Verzögerung korrigiert Die gewünschte Verringerung der schädlichen Bestandteile kann folglich nicht erreicht werden. Wenn das Luft-

Brennstoff-Verhältnis des Gemisches durch ein wechselndes Signal mit kleiner Amplitude und hoher Frequenz Schwankungen ausgesetzt wird, pendelt das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers in Abhängigkeit von dem wechselnden Signal. Wenn der Spitzenwert des pendelnden Ausgangssignals mit einem Bezugswert

verglichen wird, kann die Abweichung des Ausgangssi-

gnals früher festgestellt werden und die Verzögerung der Regelung kann verringert werden.

In der DE-OS P 30 29 312.0 ist eine Regelanordnung offenbart, die zum Verbessern einer suchen Regelungsverzögerung dient, wobei die Schwingungsmitte eines durch den Sauerstoffühler festgestellten Zitterwellensignals entsprechend der Abweichung des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers zum Korrigieren des Luft-

brennstoffverhältnisses verschoben wird. Wenn der Motor jedoch schnell beschleunigt oder verzögert wird, wird der Korrigiervorgang auch bei dieser Anordnung verzögert

Bekannt sind auch Einrichtungen zum Feststellen der Abweichung des Ausgangssignals des Sauerstoffühlers, die gleichzeitig die Richtung und den Betrag der Abweichung vom stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis feststellen und ein Ausgangssignal zum Korrigieren des Verhältnisses abgeben (DE-OS 27 07 383 und 27 53 227).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Regelanordnung zu schaffen, mit welcher die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses bei einem Übergangszustand schnell korrigiert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs,

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der ist

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer elektronischen Regelschaltung der Anordnung,

F i g. 3 eine Darstellung der Beziehung zwischen Stu-