DE2622049A1

DE2622049A1 - Steuereinrichtung fuer das gemisch eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE2622049A1
Application number: DE19762622049
Authority: DE
Inventors: Shigeo Aono
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-05-20
Filing date: 1976-05-18
Publication date: 1976-12-02
Also published as: JPS5534299B2; JPS51136035A; CA1078045A; GB1545926A; US4088095A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung mit geschlossener Regelschleife für das Gemisch eines Verbrennungsmotors .

Bei Steuereinrichtungen mit geschlossener Regelschleife für das Gemisch wird die Konzentration eines Bestandteils in den Auspuffgasen mit Hilfe eines Sauerstoffühlers aus Zirkon-· dioxid erfaßt, um eine Information über das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des den Zylindern des Verbrennungsmotors zügeführten Gemisches zu erzeugen und das Gemisch auf einem gewünschten Wert zu halten, der optimal für die Verminderung der von einem katalytischen Umformer ausgestoßenen giftigen Bestandteile ist. Bei bisherigen Steuereinrichtungen wird die erzeugte Information mit einem festen Wert einer Bezugsspannung mit Hilfe eines Vergleichers verglichen, der Rechteckimpulse entgegengesetzter Polarität in Abhängigkeit davon erzeugt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oberhalb oder unterhalb des

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gewünschten Wertes liegt. Im einzelnen liegt dabei die vordem Sauerstoffühler erzeugte Spannung oberhalb oder uut._-i-.-.^j der Bezugsspannung. Pur normale Geschwindigkeiten sind die bisherigen Steuereinrichtungen ausreichend. Es ist jedoch oftmals erwünscht, den Verbrennungsmotor mit Luft-Kraftsto; Verhältnissen zu betreiben, die sich von dem optimalen Wert unterscheiden, bei dem der katalytisch^ Umformer mit seinen maximalen Umformungswirkungsgrad arbeitet. So können z.B. angereicherte Mischungen, die ein niedrigeres Verhältnis als das optimale Verhältnis haben, für den Kaltstart oder die Beschleunigung und schwache Mischungen, die ein höheres Verhältnis als das optimale Verhältnis haben, für Verzögerungen benutzt werden. Infolge der binären Eigenschaft des Vergleichers wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch immer mit den optimalen Wert für den katalytischen Umformer gesteuert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Steuereinrichtung nit geschlossener Segelschleife für das Gemisch eines Verbrennung,"--· motors zu schaffen, mit der das Luft-Eraftstoff-Gemisch in Abhängigkeit von sich ändernden Betriebsparametern des Motors bei gewünschten Werten gesteuert werden kann.

Bei einer Steuereinrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch einen Fühler für die Auspuffgas zusammensetzung, mit dem die Konzentration eines Auspuffgasbestandteils erfaßbar ist, um ein Ausgangssignal mit einer nicht linearen, im wesentlichen symmetrischen Signalform zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen, durch' einen Differenzverstärker, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Fühlers und dessen zweiter Eingang mit einer einstellbaren Bezugsspannung verbunden ist, um ein die Differenz der zwischen dem ersten und zweiten Eingang zugeführten Signale angebendes Ausgangssignal zu erzeugen, durch einen integrierenden Steuerteil zum integrieren des Signals von dem Differenzverstärker, durch eine in Übereinstimmung mit dem Signal vom Steuerteil Luft-Kraftstoff-Gglaisch

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an den Verbrennungsmotor zuführende Zuführungseinrichtunr; vi^'-V durch eine weitere Einrichtung zum. Steuern der Größe der Bezugsspannung in Abhängigkeit von den Betriebsparanetern des Verbrennungsmotors, so daß der Differenzverstärker ein Ausgangssignal mit einer unsymmetrischen Signalform in Bezug auf die gesteuerte Bezugsspannung erzeugt, wodurch das Steuerteil eine Vorspannung erzeugt, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einem gewünschten Wert hält, der sich von dem des vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unterscheidet.

Die neue Steuereinrichtung benutzt also einen'Fühler für die Auspuffgaszusammensetzung, der eine nicht lineare Ausgangscharakteristik hat, und einen Differenzverstärker, der das Ausgangssignal von dem Fühler erhält, um dieses mit einer einstellbaren Bezugsspannung zu vergleichen.

Der Differenzverstärker erzeugt ein Ausgangssignal, das die Differenz zwischen einer einstellbaren Bezugsspannung und dem Ausgang des Fühlers erzeugt, der eine nicht lineare, ±a wesentlichen symmetrische Charakteristik in Bezug zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat. Bei normaler stetiger Geschwindigkeit wird die einstellbare Bezugsspannung so gesteuert, daß der Differenzverstärker eine Ausgangssignalform abgibt, die symmetrisch in Bezug auf die Bezugsspannung ist, was dadurch bedingt ist, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Wert gehalten wird. Treten Übergangsbedingungen auf, wie bei der Beschleunigung oder Verzögerung, so wird die Bezugsspannung in Abhängigkeit von den sich ändernden Parametern des Verbrennungsmotors geändert. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird so verändert, daß seine Signalform unsymmetrisch in Bezugaif die_: neue Bezugs spannung wird. Bei der Integration dieses Signals mit Hilfe des integrierenden Steuerteils wird eine Vorspannung erhalten, die dazu dient, das Luft-Kraftstoff-

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verhältnis auf öligen Wert zu halten, ö.er sich von den s'üÜeh..---:- !setriüch-äii "./ort unterscheidet.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellte; Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einseinen zeigen:

Pig« 1 eine Ausführungsform der neuen Steuereinrichtung

und
Pig. 2 eine grafische Darstellung, die sun Verständnis der

Erfindung dient.

In I^?ig. 1 ist schematisch eine neue Steuereinrichtung mit geschlossener Re ge !schleife dargestellt. Sine Keßeiririchtunr 10 für das Luft-2'Iraftstoff-Gemisch, führt dieses an die Zylinder eines Verbrennungsmotors 11 über eine EinlaSIeitung 12, in
der ein Drosselventil IJ- in herkönnlicher"Weise angeordnet
ist r Ein katalytischer Dreivrege-UriiforDer Λ¹+ ist an der Auspuffseite des Verbrennungsmotors 11 vorgesehen, um die giftigen I&iissionsbestandteile in schadlosen V/asserdaispf und Hohle;· dio:-:id u^su'.-randeln. Ein Fühler 15 für die Auspuffgas susarr.iensetsung, v:ie ein Sauerstoffühler aus Zirkondioxid, ist in cer Auspuffleitung svrischen dem Verbrennungsmotor 11 und den Uhformer 14· befestigt_? um die Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase z-u erfassen. Der Sauerstof fühler 15 gibt ein AusgaQ£< signal ab. das in seiner Amplitude sich bei dein stöcliiozietri-3 die η Luft-IIrciftstoff-Verhältnis stark ändert, so daß die Ausganssksnnlinie einen linearen steilen Übergangsbereich und
einen nicht linearen Bereich hat, die synunetriseh zueinander in BeEUg auf den linearen Bereich sind. Das Ausgangssignai
des Fühlers wird an die Basis eines 'Transistors Q gegeben,
der eine Schaltung hoher Impedanz für einen Differenzverstärker. 16 bildet, der das Signal von des Emitter des Transistors Ti an seinen invertierender; Eingang erhält, ua dieses init
einer einstellbaren Bezugsgleiclispanming von eines Spannungsteiler Fv, j S₀ zu vergleichen. Der Widerstand R^ ist einstell-

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bar und sein Abgriff ist wirkungcmäßig mit dem Drosselventil 13 verbunden, um seinen Widerstandswert in Abhängigkeit von der Stellung des Drosselventils au ändern, so da3 die einstellbare Bezugsgleichspannung an dem nicht invei'tierenden Eingang des Differenzverstärker 16 in Abhängigkeit von der Einstellung des Drosselventils steht. Die Differenz zwischen den Spannungen an dem invertierenden und dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers .16 gibt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zügeführten Gemisches und einen gex-äinschten Wert an, auf den das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern ist, wobei dieses durch das Vorzeichen und die Größe des Ausgangssignals von dem Differenzverstärker 16 angegeben wird. Ein proportional a3?beitender Steuerteil und ein integrierender Steuerteil 18 sind mit dem Ausgan·:; des Differenzverstärkers 16 verbunden, um das Differeazsignal in Abhängigkeit von dem proporitonalen und integrierenden Verstärkungseigenschaften zu. verstärken, um die Kraftstoffmenge in einem Sinne zu verändern, der dem Vorzeichen des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 16 entgegengesetzt ist. Die Ausgangssignale der Steuerteile Ύ] und 18 werden an den Eingang eines summierenden Verstärkers 19 gegeben, im ein-: Summe der beiden Signale zu bilden. Das Ausgangssignal dos summierenden Verstärkers 19 wird seinerseits an die Abnesseinrichtung 10 gegeben, die Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Verbrennungsmotor 11 in Abhängigkeit von den susu Ausgangssignalen der Steuerteile 17 und 18 gibt*

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ffig. 2 zeigt die Arbeitsweise der neuen Steuereinrichtung, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einem Wert gesteuert wird, der optimal für einen bestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors ist. Wird die Bezugsspannung vom Spannungsteiler R^, S₂ bei V.,^ gehalten, was als das stöehiorietrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis angenommen wird, und die Steuer.— spannung geändert, wie dieses durch die Signalfcx-m 20 angegeben ist, mit der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert;

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wird, so ändert sich daö Aue gar.-assign al des Diffoyorizvc:·-- stärkers 16 in der durch die Signalfor;n 21 angegebenen \-e±c^< die symmetrisch in Bezug auf den Sparmungspegel V ■_ ist, so daß die Hischungsverh/i.ltiiisse auf dem stöchiometrischen './-art gehalten werden. Diese Bedingung herrscht bei gleichbleibender Geschwindigkeit. Für volle Drosselbetätigungen wird der Widerstand H^ entsprechend der vollen Drosselstellung verändern; so daß die Besugsspannung auf Yf vergrößert wird. Infolge der gebogenen Knieteile der Ausgangskennlinie des I¹UhIers, wie sie bei 24- angegeben sind, hat das Ausgangssignal des Differenzverstärker 16 eine Signalform 23, die in Bezug auf Yf unsymmetrisch ist, wenn eine gleiche Steuerspannung 22 an die Abraesseinrichtung 10 gegeben wird. -Das unsymmetrische bipolare Ausgangssignal hat eine größere Amplitude nil; negativer Polarität als die Amplitude mit positiver Polarität. Da das Ausgangssignal negativer Polarität das Luft-Kraftstoff-Verhältnis su der Seite rr.it angereichertem Geηioch hin verändert, wird der- Verbrennungsmotor mit einem fetteren Gemisch betrieben als es das stöcliioraetx-ische Gemisch ist. Dieses ist analog der Tatsache, daß der steile Übergangsbereich der Ausgangskennlinie sich von dem stöchiometrischen Verhältnis aus su der angereicherten Seite hin verschoben hat. Der integrierende Steuerteil 13 erzeugt dann eine positive Vorspannung, die im wesentlichen gleich der nutzbaren Spannung des bipolare:) AusgangssignaIs ist. Diese Vorspannung dient zusammen mit d:n Ausgan.^ssignal von dem. proportional arbeitenden Steuerteil sum Vsr-änd-srii des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Sichtung c.uf di^!3 angereicherte Seite, wie dieses zuvor beschrieben ist. Umgekehrt wird bei teilweisen Drosselbetätigungen, bei denen ein arizes Semisch. gewünscht wird, die Bezugspannung entsprechend der DrG3ssistellung erniedrigt, so daß der Fühler 15" sie? Aüsgaiicssignal eins positive G-leiclispansungskonponente BPseugt. dl? bei ihrer Integration eine negative Vorspannung am Ausgans des integrierenden Steuerteils 18 erzeugt, so de I das liiift-Kraftotoff-Ysrhältnis in Hichtcmg auf ein arries Genisct. veräüde"?"; wird^

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Claims

O £*■ *> —ι r\ t L ο-Δ. L· y ^ —7— Patentansprüche

1./Steuereinrichtung mit geschlossener Eege!schleife für das Gemisch eines Verbrennungsiaotors, gekennzeichnet durch einen Fühler (15) für die Auspuffgaszusammensetzung, mit dem die Konzentration eines Auspuffgasbestandteils erfaßbar ist, um ein Ausgangssignal mit einer nicht linearen, im wesentlichen symmetrischen Signalfora zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis au erzeugen, durch einen Differenzverstärker (16), dessen erstei* Eingang mit dem Ausgang des Fühlers (15) und dessen zweiter Eingang mit einer einstellbaren Bezugsspannungsquelle (R,-,Su) verbunden ist, um ein die Differenz der zwischen den ersten und dem zweiten Eingang zugeführten Signale angebendes Aus£a.vrssignal zu erzeugen, durch einen integrierenden Steuerteil (18) zum Integrieren des Signals von den Differenzverstärker (16), durch eine in Übereinstimmung mit dorn Signal vom Steuerteil (18) Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Verbrennungsmotor (11) zuführende Zuführungseinrichtung (10) und durch eine weitere Einrichtung (13, IL) zum Steuern der Größe der Bezugsspannung in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors (11), so daß der Differenzverstärker (16) ein Ausgangssignal mit einer unsymmetrischen Signalform (23) in Bezug auf die gesteuerte Bezugsspannung (V~) erzeugt, wodurch das Steuerteil (18) eine Vorspannung erzeugt, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einem gewünschten Wert hält, der sich von dem des vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterscheidet.

2«, Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die weitere Einrichtung (13, ±tj) mit einem Drosselventil (13) derart verbunden ist, daß die Bezugsspannung in Abhängigkeit von der Stellung des Drosselventils veränderbar ist.

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3< ^tviU'jroi:.j.ichburij nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e I: e η η r; eic h η e t , daß außerdem ein proportional arbeitender üteuorteil (17) i^it deiL. Auogang der. Liri'eremverstärhers (16) verbunden ist und daß eine i/:i:;.i;:i'^^ndo ^ehi.ltung (19) vorgesehen ist, mit der die Aur.ranv:cai^nal e des integrierenden und des proportional arb3itoijdon Steuerteils (17,18) susaameniaBbar sind, um.

u™ (10) für das Gemisch mit den zu betätigen«

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