DE3642404A1

DE3642404A1 - Gemischverhaeltnis-regelsystem fuer kraftfahrzeugmotoren

Info

Publication number: DE3642404A1
Application number: DE19863642404
Authority: DE
Inventors: Takuro Morozumi
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1985-12-11
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1987-06-19
Also published as: DE3642404C2; GB2184266A; JPH0726573B2; JPS62139941A; GB2184266B; US4763634A; GB8629571D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere dreht es sich bei der vor liegenden Erfindung um ein Regelsystem für die Regelung des Brennstoffgemisches in einer Kraftfahrzeugmaschine, wobei das Gemischverhältnis in Übereinstimmung mit einem Rückkoppelungs signal von einem O₂-Sensor zur Feststellung der Sauerstoffkon zentration im Abgas geregelt wird.

Der Motor ist mit einem Kohlenstoffbehälter zur Absorption von Brennstoffdampf im Brennstofftank versehen, während die Ma schine nicht läuft und zum Ausspülen des Brennstoffdampfes im Kanister in einen Einlaßkrümmer bei vorbestimmten Zuständen des Motorbetriebes. Wenn der Treibstoff im Kanister abgelassen wird, so wird der Treibstoffdampf dem Luft-Brennstoffgemisch, das den Zylindern der Maschine zugeführt wird, zugefügt, so daß das Gemisch fett wird.

Das Regelsystem für das Gemisch wirkt nun so, daß das fette Gemisch in Übereinstimmung mit dem Rückkopp lungssignal des O₂-Fühlers abgemagert wird. Nachdem aber die Abweichung des Luft-Treibstoffgemisches groß ist, verglichen mit der Abweichung, die für den Dauer betriebszustand des Motors auftritt, wird eine längere Zeit benötigt, um das abgewichene Gemischverhältnis auf den stöchiometrischen Wert zurückzuführen. Dadurch aber wird ein ungünstiger Fahrbetrieb hervorgerufen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die durch Ablassen von Treibstoffdampf erzeugte Nachregelung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Gemischverhältnisregel system für einen Kfz-Motor gelöst, bei dem die Maschine einen Behälter zum Ablassen von Treibstoffdampf in den Einlaß des Motors über ein Ablaßventil aufweist, das eine unterdruckbetätigte Ventilanordnung hat, wobei das System einen O₂-Fühler aufweist, der eine Ausgangsspan nung in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im Abgas des Motors abgibt, mit einem Rückkopplungsregel system mit Integratormitteln zum Integrieren eines Feh lersignales in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des O₂-Fühlers, um ein Integrationssignal abzugeben und mit Mitteln, die auf das Integrationssignal ansprechen, zum Regeln des Verhältnisses des Gemisches, das dem Motor zugeführt wird.

Das System umfaßt ein magnetbetätigtes Ventil, das eine Magnetspule aufweist und in einer Leitung angeordnet ist, welche die unterdruckbetätigte Ventilanordnung mit einem Einlaßkrümmer der Maschine und mit der Atmosphäre über Öffnungen verbindet, wobei Detektormittel vorge sehen sind, um die Betriebsbedingungen des Motors fest zustellen und ein Betriebsbedingungssignal des Motors abzugeben, wenn die Betriebsbedingungen einen vorbestimm ten Zustand erreichen. Es ist eine Regeleinheit vorge sehen, die in Abhängigkeit vom Betriebszustandssignal arbeitet und die Magnetspule ansteuert, so daß die unter druckbetätigte Ventilanordnung mit dem Einlaßkrümmer in Verbindung steht, um das Ablaßventil zu öffnen, und die weiterhin auf das Motorbetriebszustandssignal anspricht und eine Konstante der Integratormittel für eine vorbe stimmte Zeitdauer anhebt, wodurch die Abweichung des Ge mischverhältnisses schnell beseitigt werden kann.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungs beispielen der Erfindung, die anhand von Abbildungen näher beschrieben sind. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Regeleinheit;

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Integrator ausganges der Regeleinheit; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Wirkungsweise der Regeleinheit, also das erfindungsgemäße Ver fahren zeigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Kraftfahrzeugmotor 1 mit einem Einlaßrohr 2, einem Drosselkörper 4 und einem Ein laßkrümmer 2 a versehen. Ein (Luft-) Strömungsmesser 14 ist im Einlaßrohr 2 angebracht. Ein O₂-Fühler 12 ist an einem Abgasrohr 3 vor einem Katalysator 3 a angebracht. Kraftstoffeinspritzdüsen 4 sind am Einlaßkrümmer 2 a vor gesehen, während ein Kühlmitteltemperaturfühler 11 an einem Wasserschlauch der Maschine 1 angebracht ist. Ein Motor-Drehzahlfühler 13 ist vorgesehen, der ein der Drehzahl entsprechendes Signal abgibt.

Es ist ein Kohlenstoffbehälter 6 mit einem Behälterkör per 6 a vorgesehen, der eine Öffnung aufweist, die mit einem Kraftstofftank 7 und einem Ablaßtank 8 kommuni ziert. Das Ablaßventil 8 umfaßt ein Rohr 8 a mit einer Öffnung am oberen Ende, eine Membran 8 b, die eine Unter druckkammer 8 c definiert und eine Feder 8 d, welche die Membran auf das Rohr 8 a drückt, um die Öffnung zu schließen. Das Rohr 8 a steht mit einer Öffnung 5 b in Verbindung, die am Drosselkörper 5 in einer Position knapp über der Drosselklappe 5 a in ihrer geschlossenen Position angeordnet ist. Die Unterdruckkammer 8 c kommu niziert mit dem Einlaßkrümmer 2 a über das Magnetventil 9.

Das Magnetventil 9 umfaßt eine Öffnung 9 a, die mit dem Einlaßkrümmer 2 a kommuniziert. Eine Öffnung 9 b kommuni ziert mit der Unterdruckkammer 8 c, während ein Rohr 9 c mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Es ist ein Ven tilkörper 9 d vorgesehen, der axial verschieblich im Ven tilgehäuse angebracht ist, sowie eine Magnetspule 9 e. Wenn die Magnetspule 9 e erregt wird, so wird der Ventil körper 9 d nach links verschoben und schließt die Öffnung 9 a, öffnet das Rohr 9 c und bringt so die Unterdruckkam mer 8 c mit der Atmosphäre in Verbindung. Wenn die Magnet spule nicht unter Strom steht, so ist die Öffnung 9 a ge öffnet und bringt die Unterdruckkammer 8 c mit dem Ein laßkrümmer 2 a in Verbindung.

Die Ausgangssignale des Luft-Strömungsmessers 14 und der Sensoren 11, 12 und 13 werden einer Kontrolleinheit 10 zugeführt, welche die Einspritzdüsen 4 mit einer Ein spritzpulsbreite ansteuert, die von den Signalen abhängt, wie dies im folgenden genauer beschrieben wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt, werden die Ausgangssignale des Luft-Strömungsmessers 14 und des Drehzahlsensors 13 über Rechner 21 bzw. 22 in einen Basiseinspritzpulsbreiten rechner 23 geführt. Der Rechner 23 gibt ein Basispuls breitensignal TP in Abhängigkeit von der Motorendrehzahl N und der eingeführten Luftmenge Q ab. Ein Korrektur koeffizientenrechner 24 wird mit dem Ausgangssignal des Kühlmitteltemperatursensors 11 versorgt und gibt ein Korrekturkoeffizientensignal K ab, um die Anordnung im offenen Kreis zu steuern. Das Ausgangssignal des O₂- Fühlers 12 geht in einen Gemischverhältnisdetektor 25, der ein Fehlersignal abgibt, das die Differenz zwischen der Ausgangsspannung des O₂-Fühlers und einer Bezugsspan nung darstellt. Das Fehlersignal wird einem Integrator 28 zugeführt. Der Integrator 28 gibt ein Integrations signal α für die Regelung in geschlossener Schleife ab.

Das Basiseinspritzpulsbreitensignal TP und das Korrektur koeffizientensignal K, sowie das Integrationssignal werden einem Einspritzpulsbreitenrechner 29 zugeführt, der ein Einspritzpulsbreitensignal Ti abgibt. Das Signal Ti wird den Einspritzdüsen 4 zugeführt, welche dann Kraftstoff der Pulsbreite entsprechend bzw. dem Signal Ti entsprechend abgeben.

Der Integrator 28 umfaßt einen Proportional- und einen Integralanteil (Pi-Regler), wobei die Proportionalkon stante (P) und die Integrationskonstante (I) für diesen Regler charakteristisch sind. Der Pi-Regler gibt auf die Ausgangsspannung des Gemischverhältnisdetektors 25 hin ein Integrationssignal α ab, das eine Proportionalkompo nente P′ und eine Integralkomponente I′ aufweist, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Das Ausgangssignal des Kühlmitteltemperaturfühlers 11 wird einem Aufwärmdetektor 30 zugeführt. Die Ausgänge des Fühlers 12 und des Detektors 30 werden einem Rück kopplungsdetektor 31 zugeführt. Wenn der Motor aufgewärmt ist und die Rückkopplungsbetriebsweise zum Tragen kommt, bewirkt das Ausgangssignal des Detektors 31, daß die Spule 9 c abgeschaltet wird. Das Signal beim Abschalten der Spule wird einem Ablaßdetektor 26 zugeführt, dessen Ausgangssignal wiederum einem Konstant-Anstiegsabschnitt 27 zugeführt wird. Auf das Ausgangssignal des Ablaßde tektors 26 hin gibt der Abschnitt 27 ein konstantes An stiegssignal ab, das dem Integrator 28 zugeführt wird, um dessen Integrationskonstante I und dessen Proportional konstante P gleichzeitig oder auch entweder P oder I, insbesondere aber die Integrationskonstante I für eine vorbestimmte Zeit anzuheben. Dementsprechend gibt der Integrator 28 ein Integrationssignal α ab, das für eine vorbestimmte Zeitdauer vergrößerte Anteile P′ und I′ auf weist.

Die Wirkung des Systems wird im folgenden anhand der Fig. 4 beschrieben.

Im Schritt S 1 wird entschieden, ob die Maschine aufge wärmt ist, z.B. ob die Kühlmitteltemperatur über 50°C liegt. Wenn die Maschine noch nicht angewärmt ist, so wird die Spule 9 c im Schritt S 4 eingeschaltet. Dement sprechend wird die Öffnung 9 a geschlossen und die Öff nung 9 c geöffnet, so daß die Unterdruckkammer 8 c des Ab laßventiles 8 mit der Atmosphäre in Verbindung steht, wo durch wiederum die Öffnung des Ventilrohres 8 a geschlos sen wird.

Wenn die Maschine aufgewärmt ist, so fährt das Programm zum Schritt S 2 fort, in dem entschieden wird, ob das Rückkopplungssystem wirksam ist oder nicht. Die Ent scheidung hierüber hängt von der Ausgangsspannung des O₂-Fühlers 12 ab. Wenn die Rückkopplung in Betrieb ist, so wird die Spule 9 c im Schritt S 3 abgeschaltet, so daß die Unterdruckkammer 8 c mit dem Einlaßkrümmer 2 a über die Öffnungen 9 b und 9 a in Verbindung steht. Dementspre chend wird die Membran 8 b über den Unterdruck im Einlaß krümmer verschoben und öffnet die Öffnung des Rohres 8 a, so daß Benzindampf im Behälter 6 in den Einlaßkrümmer gelangt. Wenn weiterhin im Schritt S 5 die Spule abge schaltet wird, so wird ein Zeitgeber auf eine vorbestimm te Zeitdauer (z.B. 6 sec) im Schritt S 6 gesetzt. Wenn die Spule abgeschaltet ist, so wird entschieden, ob die gespeicherte Zeitdauer im Zeitgeber zu Null geworden ist (Schritt S 7). Wenn die gespeicherte Zeitdauer noch nicht zu Null geworden ist, so wird die gespeicherte Zeitdauer um einen Betrag von Eins im Schritt S 8 vermin dert. Im Schritt S 9 wird eine einfache Integrationskon stante I 0 mit einem Koeffizienten K 0 multipliziert, um eine angehobene Konstante Im abzugeben. Auf diese Weise wird die Integrationskonstante auf einen vorbestimmten Wert angehoben.

Fig. 3 zeigt die Veränderung des Integrationssignales α. Wenn Benzindampf im Behälter abgelassen wird, so wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas reduziert, so daß das Signal α abnimmt. In einem herkömmlichen System sinkt die Integrationskomponente I′ des Signales α gra duell, wie dies durch I 0′ gezeigt ist, mit derselben Ab klingrate wie die Komponente I′. Demzufolge wird eine lange Zeit T 0 benötigt, um den erwünschten Pegel zu er reichen. Gemäß des hier vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens (bzw. der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens) wird die Integrationskonstante angehoben, was eine Steigerung der Abklingkonstante der Integra tionskomponente I′ bedeutet, was mit der Linie Im′ ge zeigt ist. Auf diese Weise wird die Zeitspanne bevor der gewünschte Pegel des Signales α erreicht wird, auf eine Zeitspanne T reduziert. Dies bedeutet, daß im System nach der vorliegenden Erfindung die Erzeugung des korrigierten Signales α um die Zeitspanne (T 0-T) vermindert wird im Vergleich mit einem herkömmlichen System. Auf diese Wei se kann die Abweichung des Brennstoffverhältnisses sehr schnell auf den stöchiometrischen Brennstoffverhältnis wert abgeglichen werden.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines Ausführungs beispiels beschrieben, wobei insbesondere darauf hinzu weisen ist, daß anhand des Ausführungsbeispieles das er findungsgemäße Verfahren erkennbar wird.

Claims

1. Gemischverhältnis-Regelsystem für Kraftfahrzeugmotoren, gekennzeichnet durch einen Behälter (6) zum Ablassen von Treibstoff-Dampf in den Ansaugdurchlaß des Motors (1) durch ein Ablaßventil (8), das eine unterdruckbetätigte Ventilanordnung (8 b) aufweist,
einen O₂-Sensor (12), der eine Ausgangsspannung proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas des Motors (1) abgibt,
ein Rückkopplungs-Regelsystem (10) mit Integratormitteln (28) zum Integrieren eines Fehlersignales in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des O₂-Sensors (12) zur Bereitstel lung eines Integrationssignales,
Mittel (29), die entsprechend dem Integrationssignal das Gemischverhältnis des dem Motor zugeführten Ge misches regeln,
ein magnetbetätigtes Ventil (9) mit einem Magneten (9 e) in einer Leitung, welche die unterdruckbetätigte Anordnung (8 b) mit dem Ansaugdurchlaß (2 a) verbindet,
wobei das Magnetventil (9) Öffnungen (9 a, 9 b) auf weist, um selektiv die unterdruckbetätigte Ventilan ordnung (8) mit einem Einlaßkrümmer (2 a) des Motors (1) oder der Atmosphäre zu verbinden,
Detektormitteln (11, 13, 14) zum Feststellen der Be triebsbedingungen des Motors (1) und zum Abgeben eines Motor-Betriebssignales, wenn die Betriebsbedingun gen einen vorbestimmten Wert erreicht haben,
Steuermittel (31), die auf das Motor-Betriebssignal hin ansprechen und den Magneten (9 c) ansteuern, um die unterdruckbetätigte Ventilanordnung (8 b) mit dem Einlaßkrümmer (2 a) in Verbindung zu bringen und das Ablaßventil (8) zu öffnen, und durch
Mittel (27), die auf das Motor-Betriebssignal anspre chen, zum Anheben einer Konstante der Integrator mittel (28) für eine vorbestimmte Zeitspanne.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektormittel (11) Mittel sind, welche auf die Kühlmitteltemperatur ansprechen und ein Signal abgeben, wenn die Kühlmitteltemperatur einen vorbe stimmten Wert überschreitet.

3. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante der Integratormittel (28) die In tegrationskonstante ist.

4. Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante weiterhin einen Proportionalanteil umfaßt.