DE3029313A1

DE3029313A1 - System zum regeln des luft-brennstoff-verhaeltnisses eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3029313A1
Application number: DE19803029313
Authority: DE
Inventors: Makoto Musashimurayama Tokyo Shikata
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-08-02
Filing date: 1980-08-01
Publication date: 1981-03-26
Also published as: JPS5623549A; US4430979A; JPS6256346B2; GB2060213B; FR2463288A1; GB2060213A; FR2463288B1

Description

System zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors

Priorität: 2. August 1979 Japan 98920

Die Erfindung betrifft ein System zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses für ein Emissionsregelsystem eines Verbrennungsmotors mit einem Dreiwegkatalysator und insbesondere ein System zum Re ge In des Luftig Brennstoff-Verhältnisses in einem anormalen Zustand, beispielsweise bei einer Fehlfunktion des Vergasers.

Ein solches Regelsystem ist ein Rückkopplungsregelsystem, bei dem ein Sauerstoffühler vorgesehen ist, um die Sauerstoffkonzentration der Abgase zu bestimmen, um ein elektrisches Signal als Anzeige des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des verbrannten Luft-Brennstoff-Gemisches zu erzeugen.

Der Sauerstoffühler erzeugt eine hohe Spannung, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis der Abgase kleiner als das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis ist, und erzeugt eine niedrige Spannung, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis größer als das stöchiometrische Verhältnis ist. Das Regelsystem arbeitet, um das Luft-Brennstoff-Verhältnis, das durch den Vergaser gegeben ist, auf das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Sauerstofffühlers zu korrigieren. In einem solchen Regelsystem sind verschiedene Regelkorrektureinrichtungen vorgesehen, um das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einen vorbestimmten konstanten Wert während eines anormalen Zustands festzulegen. Wenn beispielsweise der Leerlaufbetrieb des . Motors für eine lange Zeit anhält, nimmt die Temperatur der Abgase ab, was eine Abnahme der Temperatur des Körpers des Sauerstoffühlers bewirkt. Wenn die Temperatur des Körpers des Sauerstoffühlers abnimmt, nimmt die

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Ausgangsspannung des Fühlers ab. Die Spannungsabnähme ist dieselbe wie in dem Fall, in dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis der Abgase größer als das stöchiometrische Verhältnis wird. Auf diese Weise arbeitet das Rückkopplungsregelsystem, um eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Korrektureinrichtung, wie ein Elektromagnetventil, zu betätigen, um das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf ein kleineres Luft-Brennstoff-Verhältnis zu korrigieren. Ein solcher Korrekturvorgang wird ausgeführt, wenn der Vergaser ein Gemisch mit einem reichen oder stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis liefert. Als Ergebnis wird das in den Motor eingeführte Gemisch außerordentlich angereichert.

Um eine solche übermäßige Anreicherung des Gemisches zu verhindern, ist das Rückkopplungssystem so ausgebildet, daß es die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Koire^t ir-eic: lchtung bei einem vorbestimmten konstanten Nennverhältnis betätigt, wenn ein Anreicherungskorrekturvorgang in--' einem Nennverhältnis größer als ein vorbestimmtes Verhältnis für eine vorbestimmte Zeitperiode andauert. Wenn der Vergaser eine falsche Funktion ausführt, um ein sehr mageres Gemisch zuzuführen, fährt jedoch bei einem solchen System das Regelsystem fort, das Luft-Brennstoff-Gemisch auf ein minimales Nennverhältnis anzureichern. Wenn der Anreicherungsregelvorgang die vorbestimmte Zeitperiode lang andauert, wird das Rückkopplungssystem auf ein konstantes Nennverhältnis geändert, d.h. den Züführungszustand mit dem vorbestimmten größeren Nennverhältnis. Als Ergebnis wird ein .viel mageres Gemisch zugeführt. Ein solches mageres Gemisch kann zu einer Fehlfunktion des Motors führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zu schaffen, bei dem das Nennverhältnis der Luft-Brennstoff-

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Verhältnis-Korrektureinrichtung auf einen vorbestimmten Wert festgelegt wird, wenn ein Korrekturvorgang bei einem vorbestimmten übermäßigen Nennverhältnis nur während des Leerlaufbetriebs des Motors auftritt, um zu verhindern, daß ein übermäßig fettes oder mageres Gemisch zugeführt wird. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs.

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

Pig. 1 eine schematische Ansicht eines Systems zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses nach <ier Erfindung,

Pig. 2 ein Schaltbild einer elektronischen Regelschaltung

der Fig. 1,
Pig. 3 ein Schaltbild einer Schaltung zum Peststeilen eines anormalen Zustands, Pig. 4- Wellenformen an verschiedenen Stellen der

Schaltung der Fig. 3 und Pig. 5 und 6 Schaltbilder von Regelschaltungen weiterer Ausführungsformen der Erfindung.

Gemäß Pig. 1 steht der Vergaser 1 mit dem (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor in Verbindung. Der Vergaser enthält eine Schwimmerkammer 2, ein in einem Ansaugkanal 1a gebildetes Venturirohr 3» eine mit der Schwimmerkammer 2 über einen Hauptbrennstoffkanal 5 in Verbindung stehende Düse 4· und eine Leerlauf öffnung 9, die nahe dem Drosselventil 8 in dem Ansaugkanal 1a angeordnet ist und mit der Schwimmerkammer über einen Leerlaufbrennstoffkanal 10 in Verbindung steht. Luftkorrigierkanäle 7 und 12 sind jeweils parallel zu einer Hauptluftöffnung 6 und einer Leerlaufluftöffnung 11 angeordnet. Auf-Zu-Elektromagnetventile 13 und 14 sind jeweils für die Luftkorrigierkanäle 7 und 11

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vorgesehen. Eine Einlaßöffnung jedes Auf-Zu-Elektromagnetventils steht mit der Atmosphäre über einen Luftfilter 15 in Verbindung. Ein Säuerstoffühler 17 ist in einer Auslaßleitung 16 stromabwärts der Maschine zum Bestimmen der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen angeordnet. Ein (nicht dargestellter) katalytischer Dreiwegkonverter ist in der Auslaßleitung 16 stromabwärts des Sauerstoffühlers 17 vorgesehen.

Das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers 17 wird über eine Leitung 17a zu einer Beurteilungsschaltung 19 einer Rückkopplungsregelschaltung 18 gesandt. Die Beurteilungsschaltung 19 vergleicht das Eingangssignal des Sauerstoffühlers 17 mit einem Bezugswert TE (Fig. 2) entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff -Verhältnis und beurteilt, ob das Eingangssignal fett oder mager im Vergleich mit dem stöchJometrischen Bezugsverhältnis ist, um ein Beurteilungssignu..*- in Abhängigkeit von diesem Vergleich zu erzeugen, las Beurteilungssignal wird an eine Proportional- und Integrationsschaltung 21 angelegt, in der das Signal in ein Proportional- und Integrationssignal umgesetzt wird, das sich in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung ändert, die durch das Beurteilungssignal gegeben ist. Das Proportional- und Integrationssignal wird einer Komparatorschaltung 22 über einen Schalter 20 zugeführt. Das Proportional- und Integrationssignal wird mit Dreieckwellenimpulsen verglichen, die von einem Dreieckwellenimpulsgenerator 23 zugeführt werden, so daß Rechteckwellenimpulse erzeugt werden. Die Rechteckwellenimpulse betätigen die Auf-Zu-Elektromagnetventile 13 und 14 über eine Treiberschaltung 24.

Wenn ein fettes Luft-Brennstoff- Verhältnis in der Schaltung 19 beurteilt wird, erzeugt die Komparatorschaltung 22 Ausgangsimpulse mit einem größeren Impulsnennverhältnis, wodurch die Elektromagnetventile

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15 und 14 für längere Zeit geöffnet werden und folglich die Menge der durch die Auf-Zu-Elektromagnetventile 13 und 14 strömenden Luft ansteigt. Die Menge der Luft in dem Luft-Brennstoff-Gemisch, das von dem Vergaser 1 zugeführt wird, steigt somit an, wodurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis ansteigt. Wenn ein mageres Luft-Brennstoff-Verhältnis beurteilt wird, wird ein Ausgangssignal mit einem kleineren Impulsnennverhältnis erzeugt, wodurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis verringert wird, um das Luft-Brennstoff-Gemisch anzureichern.

Gemäß der Erfindung ist ein Leerlaufbestimmungsschalter 25 wirksam mit dem Drosselventil 8 verbunden.

Der Schalter 25 wird geschlossen, wenn das Drosselventil sich in der Leerlaufstellung befindet. Der Schalter ist mit einer Schaltung 27 zum Bestimmen eines anormalen Zustande verbunden. Wie Fig. 4 zeigt, enthält die Schaltung zum Bestimmen eines anormalen Zustands einen Komparator 28, ein UND-Gate 29 und einen wiedertriggerbaren monostabilen Multivibrator 30. Der Leerlaufbestimmungsschalter 25 ist mit einem der Eingänge des IMD- Gates 29 verbunden. Andererseits ist der Ausgang des Sauerstoffühlers 17 mit dem anderen Eingang des UUD-Gates29 über den Komparator 28 verbunden. Der Ausgang des wiedertriggerbaren monostabilen Multivibrators 30 ist mit dem Gate des Schalters 20 und mit dem Gate eines Schalters 21 verbunden, der zwischen dem Komparator 22 und einer Schaltung 32 zum Erzeugen eines konstanten Nennverhältnissignals über einen Inverter 33 vorgesehen ist.

Fig. 4(A) bis (D) zeigen Wellenformen an den Stellen A bis D in Fig. 3· Im Leerlaufzustand, in dem der Schalter 25 geschlossen ist, wenn die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 17 höher als ein vorbestimmter Wert ist, hat die Ausgangsspannung des UND-Gates einen

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niedrigen Pegel. Im normalen Betriebszustand des Regelsystems schwingt die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 17, wie in den Pig. 4(A) und (E) gezeigt. Aufgrund der Eingangsimpulsreihen (Fig. 4-(C)) dauert das Ausgangssignal (Fig. 4(D)) des Multivibrators bei einem hohen Pegel an. Die Spannung mit hohem Pegel wird den Gates der Schalter 20 und 31 zugeführt, so daß der Schalter 20 geschlossen wird und der Schalter 31 geöffnet wird. Dies ist der normale Regelzustand.

Wenn die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 17 fortlaufend höher als der vorhestimmte Pegel für eine vorbestimmte Zeitdauer ist, was einen anormalen Zustand bedeutet, ändert sich die Ausgangsspannung des Multivibrators 30 auf einen niedrigen Pegel nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung (Td), si^he Fig. A-(D). Auf diese Weise wird der Schalter geöffnet und der Schalter 31 geschlossen, so daß ein Signal eines konstanten Nennverhältnisses dem Komparator 22 von der Schaltung 32 zugeführt wird. Demgemäß wird ein Signal mit einem festen Impulsnennverhältnis, z.B. 50 %, von der Komparatorschaltung erzeugt. Auf diese Weise werden Auf-Zu- Elektromagnetventile 13 und 14 mit einem geringeren konstanten Impulsnennverhältnis betätigt. Die Anreicherungsregelung wird deshalb weiter erhöht.

Andererseits hält eine niedrige Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 17 für eine vorbestimmte Zeit an und die Schaltung 27 zum Bestimmen eines anormalen Zustands erzeugt ein konstantes Signal, um die Auf-Zu-Elektromagnetventile mit einem konstanten Impulsnennverhältnis zu betätigen.

Der Motor wird somit mit einem extrem fetten oder mageren Gemisch betrieben, was dazu führt, daß der

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Motor anhält oder falsch, arbeitet. Da sich jedoch der Motor im Leerlaufzustand befindet, hat ein solcher anormaler Betrieb keinen nachteiligen Einfluß auf den Motor. Im Gegenteil kann eine Fehlfunktion des Vergasers 5 oder anderer Teile des Motors durch den anormalen Betrieb signalisiert werden.

Wenn die Temperatur des Sauerstoffühlers abfällt und die Ausgangsspannung als Ergebnis des Leerlaufs für eine lange Zeit abnimmt, erzeugt die Komparatorschaltung ein kleines Impulsnennverhältnissignal zum Anreichern des Gemisches. Wenn das minimale Impulsnennverhältnis für eine vorbestimmte Zeitdauer anhält, arbeiten die Schalter 20 und 31 in der oben beschriebenen Weise. Die 'Auf-Zu-Elektromagnetventile 13 und 14 werden somit mit einem konstanten Impulsnennverhältnis betätigt, um eine übermäßige Anreicherung des Luft-Brennstoffs zu verhindern.

Wenn das Drosselventil 8 geöffnet wird, d.h. der Leerlauf beendet ist, wird der Schalter 25 geöffnet, so daß die Schalter 20 und 31 in ihren Zustand für die normale Rückkopplungsregelung umgekehrt werden. Der Rückkopplungsregelkreis 18 arbeitet demgemäß aufgrund des Signals von dem Sauerstoffühler 17· Auch wenn der Vergaser eine Fehlfunktion ausführt, wird deshalb das Gemisch durch Arbeiten des Rückkopplungsregelsystems in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Sauerstofffüiilers 17 korrigert. Der Motor kann somit mit einem korrigierten Luft-Brennstoff-Gemisch angetrieben werden. Gefährliche oder fehlerhafte Zustände, wie Anhalten des Motors während des Laufs des Fahrzeugs, können somit verhindert werden.

Bezüglich der Fig. 5 und 6, die weitere Ausführungsformen der Erfindung, zeigen, sind dieselben Schaltungsteile der ersten Ausführungsformm mit denselben Bezugszeichen versehen. Bei diesen Systemen wird das Ausgangssignal

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des Komparators 22, d.h. ein Rechteckwellenimpuls zug, einem wiedertriggerbaren monostabilen Multivibrator 50a zugeführt. Die Ausgänge des Leerlaufbestimmungsschalters 25 und des Multivibrators JOa sind jeweils mit dem R-Eingang und dem S-Eingang eines Flip-Flops verbunden. Der Q-Ausgang des Flip-Flops 35 ist mit dem Gate eines Schalters 36 verbunden, der den Sauerstofffühler 17 und die Beurteilungsschaltung 19 verbindet, und ist auch mit den Gates der Schalter 20 und y\ wie bei der ersten Ausführungsform verbunden.

Wenn die Vergleichsschaltung 22 das Signal des maximalen Nennverhältnisses (100 % Nemrverhältnis) für eine vorbestimmte Zeitdauer während des Leerlaufs erzeugt, erzeugt der Multivibrator 30a ein Schalterbetätigungssignal, so daß die Schalter 36 und 20 ausgeschaltet und der Schalter 31 eingeschaltet werden. Dl - kon^„ante Signal wird somit dem Komparator 22 zugeführt. Ein Signal mit einem festen liennverhältnis von beispi : weise 50 % wird demgemäß von dem Komparator 22 erzeugt. Auf diese Weise werden Auf-Zu-Elektromagnetventile 1⁷^ und 14· mit einem geringeren konstanten Nennverhältnis betätigt.

Wenn das Drosselventil 8 geöffnet wird, wird der Schalter 25 ausgeschaltet, so daß das Ausgangssignal des Flip-Flops 35 wechselt. Auf diese Weise wird das System in den Zustand für die normale Rückkopplungsregelung umgeschaltet.

Wenn, ein übermäßig fettes oder mageres Luft-Brennstoffgemisch aufgrund einer Fehlfunktion des Motors während des Leerlaufbetriebs zugeführt wird, wird gemäß der Erfindung die Abweichung des Luft-Brennstoff-Gemisches des weiteren erhöht, was eine Fehlfunktion des Motors verursacht. Auf diese Weise kann eine Warnung eines Fehlers des Motors, wie eine Fehlfunktion des Vergasers,

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gegeben werden. Da die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses während des Laufs des Fahrzeugs korrigiert wird, kann ein Motorfehler, wie Anhalten des Motors, verhindert werden.

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Claims

REINLÄNDER &3ERNHÄRDT

■ PATENTANWÄLTE

5/27 Orthstraße 12

D-8000 München 60

Fuji Jukokyo Kabushiki Kaisha

7-2 Nishishinjuku 1-chome Shinjuku-ku, Tokyo, Japan

Nissan Motor Go., Ltd.

2, Takaracho, Kanagawa-ku, Tokohama-shi

Kanagawa-Pref., Japan

Patentansprüche

1Λ System zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Vergaser eines Verbrennungsmotors mit einem Ansaugkanal, mit einem Drosselventil in dem Ansaugkanal, mit einem Abgaskanal, mit einer ersten Einrichtung zum Bestimmen der Konzentration eines Bestandteils der durch den Abgaskanal strömenden Abgase und mit einer Auf-Zu-Elektromagnetventileinrichtung zum Korrigieren des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Luft-Brennstoff-Gemisches, das durch eine Luft-Brennstoff-Gemisch-Zuführeinrichtung zugeführt wird,

gekennzeichnet durch eine elektronische Segeleinrichtung mit einer Beurteilungsschaltungseinrichtung zum Beurteilen eines Ausgangssignals der ersten Bestimmungseinrichtung und mit einer Treiberschaltung zum Erzeugen eines Treiberausgangssignals zum Betätigen der ElektromagnetventileinricLtung in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Beurteilungsschaltungseinrichtung zum Steuern des Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf einen Wert, der etwa dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis entspricht, durch eine zweite Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen des Leerlaufbetriebs des Motors und zum Erzeugen eines Leerlaufbestimmungssignals während des Leerlaufbetriebs, durch eine Schaltungseinrichtung zum Erzeugen eines konstanten Signals,wenn sie zum

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wahlweisen Betätigender Auf-Zu-Blektromagnetventileinrichtung über die Treiberschaltung bei einem vorbestimmten Impulsnennverhältnis betätigt wird, durch eine Schalteinrichtung, um die elektronische Regeleinrichtung auf das Ausgangssignal der ersten Bestimmungseinrichtung nichtansprechend und auf ein konstantes Signal ansprechend zu machen, und durch eine Schaltungseinrichtung zum Bestimmen eines anormalen Zustande zum Erzeugen von Signalen zum Betätigen der Schalteinrichtung, wenn das Ausgangssignal der ersten Bestimmungseinrichtung einen vorbestimmten Pegel für eine vorbestimmte Zeitdauer während des Leerlaufbetriebs, der durch die zweite Bestimmungseinrichtung festgestellt worden ist, übersteigt.

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