DE3918779C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem zum Einstellen des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses einer Kraftfahrzeug-Brenn­ kraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei diesem System wird das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal eines O₂-Sensors zum Abtasten der Sauerstoffkonzentration im Abgas geregelt.

Moderne Kraftfahrzeuge werden mit Aktivkohle-gefüllten Behältern ausgerüstet, um Kraftstoffdampf aus einem Kraft­ stofftank dann zu absorbieren, wenn die Brennkraftmaschine nicht läuft. Der Kraftstoffdampf wird dann aus dem Behälter in den Einlaßkanal der Brennkraftmaschine abgeführt (bzw. die beladene Aktivkohle wird durch Spülung dann regeneriert), wenn die Maschine vorbestimmte Betriebsbedin­ gungen aufweist. Wenn der Kraftstoffdampf aus dem Behälter abgelassen wird, so wird dieser Kraftstoffdampf dem Luft-/Kraft­ stoffgemisch hinzugefügt, das in die Zylinder der Maschine gesaugt wird. Dadurch wird das Gemisch fett.

In Fig. 6 ist ein herkömmliches Behälter-Ablaßsystem skizziert, welches ein Ablaßventil 15 und ein Solenoid- gesteuertes Steuerventil 13 in einer Leitung 14 aufweist, die das Ablaßventil 15 mit einem Ansaugkanal 3 verbindet. Der Behälter 12 kommuniziert mit dem Einlaßkanal 3 stromauf und stromab einer Drosselklappe 3a über das Ablaßventil 15 und einer Ablaßleitung 16. Das Steuerventil 13 wird bei Stromzuführung zu seinem Solenoid geöffnet, wobei dieser Signalstrom von einer elektronischen Steuereinheit 20 erzeugt wird.

Der Unterdruck, welcher dem Ablaßventil 15 über die Leitung 14 zugeführt wird, öffnet das Ventil, so daß im Behälter 12 enthaltener Kraftstoffdampf in den Einlaßkanal 3 über die Ablaßleitung 16 abgelassen wird. Um das Luft-/Kraftstoff- Verhältnis der Brennkraftmaschine im Leerlauf zu stabili­ sieren, wird der Steuereinheit 20 ein Leerlaufsignal zugeführt, woraufhin diese das Solenoid des Steuerventils 13 nicht ansteuert, um das Ablaßventil 15 zu schließen. Dadurch wird das Ablassen von Kraftstoffdampf unterbrochen.

Bei einem anderen, in Fig. 7 gezeigten Typ von Behälterab­ laßsystem steht der Behälter 12 mit einer Ablaßöffnung 3b in einem Drosselkörper direkt oberhalb einer Drosselklappe 3a über eine Ablaßleitung 16 in Verbindung. Wenn die Maschine sich im Leerlauf befindet, so ist die Drosselklappe 3a geschlossen, so daß am Behälter 12 kein Unterdruck anliegt. Auf diese Weise wird das Ablassen von Kraftstoffdampf verhindert.

Wenn das Kraftfahrzeug bei hoher Umgebungstemperatur oder in großer Höhe betrieben wird, so entsteht eine große Menge von Kraftstoffdampf. Wenn in diesem Fall der Behälter abgelassen wird, so wird das Luft-/Kraftstoff-Gemisch extrem fett. Dementsprechend arbeitet das Regelsystem für das Luft-/ Kraftstoff-Verhältnis so, daß das fette Gemisch in Überein­ stimmung mit dem Rückkopplungssignal des O₂-Sensors abgema­ gert wird. Genauer gesagt, der Rückkopplungskorrekturkoeffi­ zient wird auf einen Minimalwert (z. B. 0,75) geregelt, so daß das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis beim stöchiometrischen Wert liegt. Wenn unter diesen Umständen die Drosselklappe im Leerlauf geschlossen wird, so wird das Ablassen unterbro­ chen. Demzufolge wird das in die Zylinder angesaugte Luft-/ Kraftstoffgemisch sofort mager. Nun reichert das Regelsystem das Gemisch wieder an, indem der Korrekturkoeffizient auf das Ausgangssignal des O₂-Sensors hin angehoben wird. Da aber, wie in den Fig. 8b und 8c gezeigt, eine Verzögerung bei dem Regelvorgang unumgänglich ist, bleibt das Luft-/ Kraftstoffgemisch für einige Zeit mager, was zu Fehlfunktio­ nen der Brennkraftmaschine führen kann.

Die JP-OS 58-35 256, 59-1 88 063 und 60-1 75 757 zeigen Systeme, die dazu dienen sollen, eine zu große Anreicherung des Luft-/ Kraftstoffgemisches beim Ablassen von Kraftstoffdampf bzw. beim Spülen des Behälters zu verhindern. Aus den JP-OS 60-8 458 und 61-1 857 sind Systeme bekannt, bei denen eine Abweichung des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses beim Ablassen von Kraftstoff­ dampf in Abhängigkeit vom Rückkopplungssignal eines O₂-Sensors verhindert werden soll.

us der DE-OS 36 42 404 ist ein Regelsystem der eingangs ge­ nannten Art bekannt, bei welchem die Verzögerung der Rege­ lung beim Beginn des Ablassens von Kraftstoffdämpfen durch Anheben der Integrationskonstante des Reglers für eine vor­ bestimmte Zeitdauer verkürzt wird. Wenn jedoch bei diesem Regelsystem das Ablassen von Kraftstoffdampf vor Ende der vorbestimmten Zeitdauer beendet wird, so kommt es unweiger­ lich zu einer erhöhten Abmagerung des Gemisches. Somit zeigt keine der vorgenannten Druckschriften ein Regelsystem für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, bei welchem die Verzögerung der Regelung kompensiert wird, wenn das Ablassen von Kraftstoff beendet wird.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Regelsystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei Beendigung des Ablassens von Kraftstoffdampf eine extreme Abmagerung des Luft-/Kraftstoffgemisches verhindert und das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis auf einem nahezu konstanten Wert gehalten wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Luft-/Kraftstoff- Verhältnis-Regelsystem für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftma­ schine aufgezeigt, die einen Behälter zum Aufnehmen und Ablassen von Kraftstoffdampf in einen Ansaugkanal der Maschine, einen O₂-Sensor zum Abgeben einer Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit der Sauerstoffkonzentration im Abgas der Maschine, und ein Regelsystem aufweist, das in Überein­ stimmung mit dem Ausgangssignal des O₂-Sensors das Luft-/ Kraftstoff-Verhältnis des der Maschine zugeführten Gemisches über einen Korrekturkoeffizienten regelt.

Das System umfaßt Feststelleinrichtungen, um ein Beenden des Ablassens von Kraftstoffdampf festzustellen und um ein Ablaß- Stoppsignal abzugeben. Es sind Korrektureinrichtungen vorgesehen, die auf das Ablaß-Stoppsignal hin den Korrekturkoeffizienten anheben, wodurch das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis reduziert und das Gemisch angereichert wird. Die Korrektureinrichtun­ gen heben den Koeffizienten vorzugsweise auf den Wert von 1,0.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzug­ ter Ausführungsformen der Erfindung. Diese werden anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1a und 1b eine schematische Darstellung einer bevor­ zugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Regeleinheit;

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebs des Systems bzw. zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform des Systems bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 5a bis 5c grafische Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs des Systems;

Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen herkömmlicher Aktivkohle-Behälter; und

Fig. 8a bis 8c grafische Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs des herkömmlichen Luft-/Kraftstoff- Regelsystems.

Wie in den Fig. 1a und 1b gezeigt, umfaßt eine Brennkraft­ maschine 5 einen Ansaugkanal 3, eine Drosselklappe 3a und einen Einlaßkrümmer 4, der mit Brennkammern der Maschine in Verbindung steht. In einem Ansaugsystem sind ein Luftfilter 1 und ein Luftströmungsmesser 2 umfassend ein Hitzdraht­ anemometer vorgesehen. In einem Abgasrohr 10 sind ein Katalysator 11 und ein O₂-Sensor 24 vorgesehen. Über eine Kraftstoffpumpe 7 wird Kraftstoffeinspritzern 8 Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 6 zugeführt und in den Tank 6 über einen Druckregler 9 zurückgeführt, der über den Druck im Ansaugkrümmer, welcher über ein Rohr 9a zugeführt wird, geöffnet werden kann. Ein Kühlmitteltemperatursensor 23 ist an der Maschine 5 montiert, um die Temperatur des Kühlmittels abzutasten. Am Einlaßkanal 3 sind ein Drossel­ klappenpositionssensor 21 und ein Leerlaufschalter 22 vorge­ sehen. Ein Drehzahlfühler 25 ist vorgesehen, der ein Maschinendrehzahlsignal abgibt.

Ein Aktivkohlebehälter 12 ist vorgesehen, der einen Körper 12a aufweist, in welchem Öffnungen vorgesehen sind, die einerseits mit dem Kraftstofftank 6 und andererseits mit einem Ablaßventil 15 in Verbindung stehen. Das Ablaßventil 15 umfaßt ein Rohr 15a mit einer Öffnung am oberen Ende und eine Membran 15b, die eine Unterdruckkammer 15c definiert. Eine Feder 15d ist vorgesehen, welche die Membran 15b auf das Rohr 15a drückt, um dessen Öffnung zu schließen. Das Rohr 15a steht über eine Ablaßleitung 16 mit dem Einlaßkrüm­ mer 4 in Verbindung. Die Unterdruckkammer 15c kommuniziert mit dem Einlaßkanal 3 über ein Solenoid-betätigtes Steuer­ ventil 13.

Das Solenoid-betätigte Steuerventil 13 umfaßt eine Öffnung 13a, die über eine Leitung 14 mit dem Einlaßkanal 3 an einer Stelle oberhalb und einer Stelle unterhalb der Drosselklappe 3a in Verbindung steht. Eine Öffnung 13b des Solenoid-betä­ tigten Ventils 13 steht mit der Unterdruckkammer 15c in Verbindung. Eine Leitung 13c des Ventils steht mit der Atmosphäre in Verbindung. In dem Gehäuse des Solenoidventils ist ein Ventilkörper 13d über ein Solenoid 13e axialverschiebbar angebracht. Wenn das Solenoid 13e erregt wird, so wird der Ventilkörper 13d nach rechts verschoben, so daß die Öffnung 13a geöffnet wird und die Unterdruckkammer 15c mit dem Einlaßkanal 3 in Verbindung steht. Dementsprechend wird die Membran 15b durch den Unterdruck angehoben und öffnet das Rohr 15a. Dadurch wird Kraftstoffdampf in den Einlaßkrümmer 4 durch die Ablaßleitung 16 abgelassen. Wenn das Solenoid 13e entregt wird, so wird die Öffnung 13a geschlossen, so daß das Rohr 13c geschlossen wird. Dadurch wird die Unterdruckkammer 15c mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht.

Ein elektronisches Regelsystem 20 umfaßt eine Zentralprozes­ soreinheit (CPU) 20a, einen Speicher (RAM) mit wahlfreiem Zugriff 20c, einen Festspeicher (ROM) 20b und Eingangs-/Aus­ gangseinheiten (I/O) 20d. Programme und Daten zum Regeln der Maschine sind im ROM 20b gespeichert.

Der I/O-Einheit 20d werden ein Kühlmitteltemperatursignal T_w aus dem Kühlmitteltemperatursensor 23, ein Luft-/Kraftstoff- Verhältnis-Rückkopplungssignal λ aus dem O₂-Sensor 24, ein Einlaßluftmengensignal Qa vom Luftströmungsmesser 2, ein Leerlaufsignal vom Leerlaufschalter 22, ein Drosselklappen­ öffnungsgradsignal R aus dem Drosselklappenpositionssensor 21 und ein Motordrehzahlsignal Ne vom Motordrehzahlsensor 25 zugeführt. Diese Signale werden im RAM 20c nach der Verar­ beitung von Daten in Übereinstimmung mit im ROM 20b gespei­ cherten Programmen gespeichert. Die CPU 20a gibt entspre­ chende Steuersignale ab, welche einem Treiber 20e über die I/O-Einheit 20d zugeführt werden. Der Treiber 20e erzeugt Signale zum Ansteuern der Kraftstoffeinspritzer 8, der Kraftstoffpumpe 7, der Zündspulen, eines EGR-Systems (Abgasrückführungssystem), eines Leerlaufreglers und des Solenoid-betätigten Steuerventils 13.

Fig. 2 zeigt ein System zum Regeln des Luft-/Kraftstoff-Ver­ hältnisses. Bei diesem System werden die Luftmenge Qa und die Drehzahl Ne vom Luftströmungsmesser 2 bzw. vom Drehzahl­ sensor 25 einem Basiseinspritzpulsbreitenrechner 31 zugeführt. Der Rechner 31 erzeugt eine Basiseinspritzpuls­ breite T_P in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung:

T_P=K ×Qa/Ne (K ist eine Konstante).

Der Drosselklappenöffnungsgrad R aus dem Drosselklappenposi­ tionssensor 21 und die Kühlmitteltemperatur T_W aus dem Kühlmitteltemperatursensor 23 werden einem Korrekturkoeffi­ zientenrechner 33 zugeführt, der einen Korrekturkoeffizien­ ten α aus einer Tabelle ausliest, um damit die Einspritz­ pulsbreite abhängig von der Beschleunigung (bzw. der Last) und der Maschinentemperatur zu korrigieren.

Das Luft-/Kraftstoff-Rückkopplungssignal λ aus dem O₂-Sensor 24 wird einem Luft-/Kraftstoff-Verhältniskorrekturkoeffi­ zientenrechner 35 zugeführt. Im Rechner 35 werden ein Ist- Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in Abhängigkeit vom Rückkopp­ lungssignal λ und die Differenz zwischen dem Ist-Luft-/ Kraftstoff-Verhältnis und dem stöchiometrischen Luft-/Kraft­ stoff-Verhältnis errechnet, um einen Luft-/Kraftstoff-Ver­ hältniskorrekturkoeffizienten COEF zum Verringern der Differenz zu erzeugen.

Die Basiseinspritzpulsbreite T_P sowie die Korrekturkoeffi­ zienten α und COEF werden einem Einspritzpulsbreitenrechner 32 zugeführt, welcher eine Einspritzpulsbreite T in Überein­ stimmung mit der folgenden Gleichung errechnet:

T=T_P × α × COEF.

Die Pulsbreite T wird den Einspritzern 8 über Treiber 34 zum Einspritzen von Kraftstoff zugeführt.

Die Regeleinheit 20 umfaßt weiterhin eine Ablaßfeststell­ einrichtung 36, welcher Ausgangssignale vom Luftströmungs­ messer 2, vom Drehzahlsensor 25, vom Kühlmitteltemperatur­ fühler 23 und vom Leerlaufschalter 24 zugeführt werden. Genauer gesagt wird im stabilen Zustand nach dem Aufwärmen der Brennkraftmaschine 5, wenn also die Kühlmitteltemperatur T_W, die Motordrehzahl Ne und die Einlaßluftmenge Qa oberhalb von vorbestimmten Werten liegen, und wenn der Leerlaufschal­ ter 23 ausgeschaltet ist, ein Kraftstoffdampfablaßsignal aus der Einrichtung 36 dem Solenoid 13e des Steuerventils 13 über einen Treiber 37 zugeführt, um dieses zu erregen. Demzufolge wird Kraftstoffdampf aus dem Aktivkohlebehälter abgelassen. Wenn sich die Maschine 5 hingegen im Leerlaufzustand befindet, so gibt die Einrichtung 36 ein Ablaßstoppsignal ab, so daß das Solenoid 13e entregt wird und das Ventil 15 schließt, so daß das Ablassen beendet wird.

Das Ablaßstoppsignal wird weiterhin einer Ablaßstoppfest­ stelleinrichtung 38 zugeführt, der weiterhin das Kühlmittel­ temperatursignal T_W zugeführt wird. Wenn die Kühlmitteltem­ peratur T_W oberhalb einer vorbestimmten Bezugstemperatur, z. B. 90°C liegt, gibt die Einrichtung 38 ein Korrektursig­ nal an den Luft-/Kraftstoff-Verhältniskorrekturkoeffizien­ tenrechner 35 bei Auftreten eines Ablaßstoppsignals, so daß dann der Koeffizient COEF auf 1 angehoben wird.

Im folgenden werden der Betrieb dieses Systems bzw. das erfindungsgemäße Regelverfahren unter Bezug auf die Fig. 5a bis 5c näher beschrieben.

Wenn das Fahrzeug im stetigen Zustand betrieben wird, so wird der Behälter 12 gespült. Unter der Annahme, daß der Korrekturkoeffizient α gleich 1 ist, wird, wenn Kraftstoff­ dampf in das Einlaßsystem abgelassen wird, der Dampf zum eingespritzten Kraftstoff addiert. Dementsprechend wird das Luft-/Kraftstoffgemisch, das den Zylindern der Maschine 5 zugeführt wird, extrem fett. Um eine solche Anreicherung zu verhindern, wird der Luft-/Kraftstoffkorrekturkoeffizient COEF aus dem Luft-/Kraftstoffkorrekturkoeffizientenrechner 35 in Übereinstimmung mit dem Rückkopplungssignal λ korrigiert. Demzufolge wird der Koeffizient COEF, der vor Beginn des Ablassens im wesentlichen bei 1 lag, vermindert, so daß das Luft-/Kraftstoffgemisch mager wird. Wenn das Fahrzeug bei heißen Außentemperaturen betrieben wird, bei welchen die Kühlmitteltemperatur T_W ansteigt, entsteht eine große Menge an Kraftstoffdampf. Demzufolge wird der Luft-/ Kraftstoffverhältniskorrekturkoeffizient COEF bei einem Minimalwert, z. B. bei 0,75 gehalten, um die Menge an eingespritztem Kraftstoff zu reduzieren. So wird das Luft-/ Kraftstoff-Verhältnis im wesentlichen beim stöchiometrischen Gemischwert gehalten.

Wenn die Drosselklappe geschlossen wird, um die Maschine 5 im Leerlauf zu betreiben, z. B. wenn das Kraftfahrzeug an einer Ampel stoppt, so wird das Solenoid 13e des Steuerven­ tils 13 entregt, um das Ablassen zu beenden. Gleichzeitig wird der Rückkopplungskorrekturkoeffizient COEF auf 1 gesetzt, so daß das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis ungefähr beim stöchiometrischen Verhältnis von 14,7 gehalten wird, wie dies in Fig. 5c gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm, anhand dessen das erfindungs­ gemäße Verfahren bzw. anhand dessen die Betriebsweise der Vorrichtung ersichtlich wird. In einem Schritt S 100 wird abgefragt, ob die Kühlmitteltemperatur T_W oberhalb einer Referenztemperatur, z. B. oberhalb von 90°C liegt. Wenn die Kühlmitteltemperatur T_W größer ist, so schreitet das Programm zu einem Schritt S 101 fort, in welchem festgestellt wird, ob das Behälter-Solenoid 13e erregt ist oder nicht. Wenn das Solenoid entregt ist, d. h. also das Ablassen von Kraftstoffdampf beendet wurde, so wird der Luft-/Kraftstoff- Verhältniskorrekturkoeffizient COEF auf 1 gesetzt, um das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis beim stöchiometrischen Wert zu halten. Danach wird wieder der normale Regelbetrieb fortge­ setzt.

Fig. 4 zeigt das Flußdiagramm einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung des Behälters nach Fig. 7. Bei dieser Ausführungsform (siehe unterbrochene Linie in Fig. 2) wird das Ausgangssignal des Leerlaufschal­ ters 22 der Ablaßstoppfeststelleinrichtung 38 zugeführt. Die Wirkungsweise ist ansonsten im wesentlichen dieselbe wie im Flußdiagramm nach Fig. 3 erläutert, bis auf den Schritt S 201, bei welchem die Beendigung des Ablassens aus dem Behälter in Abhängigkeit von der Betätigung des Leerlauf­ schalters festgestellt wird.

Aus obigem geht hervor, daß die vorliegende Erfindung ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis-Regelsystem aufzeigt, bei welchem das Kraftstoffgemisch angereichert wird, wenn das Ablassen von Kraftstoffdampf beendet wird, um so Fehlfunk­ tionen der Maschine zu verhindern.

Claims (3)

1. Regelsystem zum Einstellen des Luft-/Kraftstoff-Verhält­ nisses einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine,
mit einem Behälter (12) zum Absorbieren von Kraftstoffdämpfen und zum Ablassen von Kraftstoffdampf in einen Einlaßkanal (3) der Brennkraftmaschine,
mit einem O₂-Sensor (24), der eine Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Sauerstoff­ konzentration im Abgas der Maschine erzeugt,
mit einem Regelsystem (20), das auf das Ausgangssignal des O₂-Sensors (24) hin das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis eines der Maschine zugeführten Gemisches über einen Korrekturko­ effizienten regelt,
gekennzeichnet durch
Feststelleinrichtungen (36) zum Feststellen einer Beendigung des Ablassens von Kraftstoffdampf und zum Abgeben eines Ablaß- Stoppsignals, und durch
Korrektureinrichtungen (35), die auf das Ablaß-Stoppsignal hin den Korrekturkoeffizienten (COEF) derart anheben, daß das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zum Anreichern des Gemisches verringert wird.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtungen (35) derart ausgebildet sind, daß der Koeffizient (COEF) auf den Wert 1 entsprechend dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis angehoben wird.

3. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine mit einem Ablaßventil (15) zum Ablassen von Kraftstoffdampf und mit einem Solenoid-betätigten Steuer­ ventil (13) zum Ansteuern des Ablaßventils (15) versehen ist, und daß die Feststelleinrichtungen (36) derart ausgebildet und mit dem Solenoid-betätigten Ventil (13e) verbunden sind, daß die Beendigung des Ablassens beim Entregen des Solenoid-betätigten Steuerventils (13) zum Schließen des Ablaßventils (15) festgestellt wird.