DE2716151C2

DE2716151C2 - Regelsystem zur Einstellung eines Luft/Brennstoff-Verhältniswertes des einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches

Info

Publication number: DE2716151C2
Application number: DE2716151A
Authority: DE
Inventors: Tamotsu Toyota Fukuda; Tadashi Okazaki Hattori; Takamichi Gamagori Nakase; Akira Takata
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1976-04-14
Filing date: 1977-04-12
Publication date: 1982-05-19
Also published as: JPS52125930A; US4175521A; GB1547946A; JPS5642742B2; DE2716151A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem zur Einstellung eines Luft/ Brennstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Lufi.'Brennstoff-Gemisches gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Erzielung einer größtmöglichen Verringerung der Schadstoffemission in den Abgasen von Brennkraftmaschinen zum Beispiel im Rahmen einer kataiytischen Abgasreinigung ist ständig eine genaue Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches erforderlich, was durch Regelung der Zufuhr von Zusatzluft erfolgen kann, die in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines den Sauerstoffgehalt der Abgase ermittelnden Gasmeßfühlers über eine Bypaßanordnung in die Gemischaufbereitungseinrichtung der Brennkraftmaschine eingespeist wird. Ein solcher Gasmeßfühler ist meist im Auspuffrohr der Brennkraftmaschine angebracht und arbeitet zum Beispiel auf der Basis von Zirkondioxid oder Titandioxid, derart, daß sich seine Ausgangs-EMK im Bereich des stöchiometrisehen Luft/Brennstoff-Verhältnisses, d. h. beim Luftverhältnis A=I, sprunghaft ändert, wie dies in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist.

Wie Fig. 1 weiterhin zu entnehmen ist, variiert die von einem solchen Gasmeßfühler abgegebene EMK jedoch auch in Abhängigkeit von der Abgastemperatur, wobei diese Schwankungen für die höheren Werte der EMK ziemlich stark ausgeprägt sind. Insbesondere muß ein Gasmeßfühler dieser Art bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zunächst erst eine bestimmte Betriebstemperatur erreichen, bevor er im Regelkreis überhaupt wirksam werden kann. Darüber hinaus fällt die EMK durch Alterung und dadurch verbundene allmähliche Verschlechterung der Eigenschaften des Gasmeßfühlers ab. Die Kennlinie eines derartigen i^r> Gasmeßfühlers ist somit teniperaturabhängigcn und alterungsbedingten Änderungen unterworfen, was die Einregelung genauer Luft/Brennstoff-Verhältniswerie erheblich erschwert, da — wie F i g. 1 zeigt — die Ausgangsspannung Vj des Gasmeßfühlers, die mit einer ίο zum Beispiel dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis entsprechenden Spannung K verglichen werden soll, erhebliche Schwankungen zeigt.

Aus der DE-OS 23 60 621 ist zum Beispiel ein Gemisch-Rcgelsystem der vorstehend genann'en Art ⁴^ für eine Vergaser-Brennkraftmaschine bekannt, bei dem einem üblichen Vergaser ein Bypaßkanal zur Zuführung von Zusatzluft zugeordnet ist. in dem sich ein Luftregelventil und ein Magnetventil befinden. Das Luftregelventil wird über einen Membranfühler in Abhängigkeit vom Saugleitungsunterdruck verstellt, während das Magnetventil ein reines Schaltventil ist, dessen AUF/ZU-Bewegung von Impulsen gesteuert wird, deren Dauer von dem Ausgangssignal eines dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzten ΐ5 O2-Meßfühlers und deren Periode von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt. Hierdurch soll eine von Umgebungsbedingungen, Brennstoffzusammensetzung und dergleichen weitgehend unabhängige Gemischregelung bei Vergaser-Brennkraftmaschinen erreicht w> werden.

Aufgrund der Verwendung eines Schallventils erfolgt die Zusatzluftzufuhr jedoch intermittierend bzw. mit Unterbrechungen, was eine ungleichmäßige Regelung und damit einen unruhigen, in der Praxis unzufrieden- to stellenden Lauf der Brennkraftmaschine zur Folge hat. Darüber hinaus läßt sich aufgrund der hierbei entstehenden starken Regelschwankungen keine wirksame katalytische Abgasreinigung erzielen, die nur innerhalb eines recht engen Regelbereichs mit dem erforderlichen hohen Wirkungsgrad durchführbar ist.

Insbesondere während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart beginnt der Oi-Meßfühler erst bei Abgastemperaturen in einem Bereich von 400 bis 450°C zu arbeiten, weist jedoch auch dann zunächst ein unzureichendes Ansprechvermögen auf. Dies hat zur Folge, daß bei der anfänglichen Unterbrechung der Steuerung des Schaltventils ein übermäßig fettes Luft/Brennstoff-Gemisch verbrannt wird, was zu starken Emissionen unvollständig verbrannter Gemischbestandteile, wie CO und HC, in den Abgasen führt, während in uer Anfangsphase der Janach einsetzenden Regelung bis zum Erreichen einer ausreichenden Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine bzw. des Oi-Meßfühlers aufgrund des dann noch immer geringen Ansprechvermögens des Oi-Meßfühlers starke Nacheilerscheinungen bzw. Regelschwankungen im Regelkreis auftreten, die zu einer übermäßigen Gemischäbmagcrung mit der Folge von Fehlzündungen oder gai· einem Abwürgen der Brennkraftmaschine führen können. Im übrigen läßt sich mit Hilfe einer solchen Regelung im wesentlichen nur ein stöchiometrisches Luft/Brennstoff-Verhältnis einregeln, während die Einregelung davon abweichender Luft/ Brennstoff-Verhältniswerte zum Beispiel während der Warmlaufphass der B-ennkraftmaschine ohnehin nicht möglich ist.

Ferner sind in diesem Zusammenhang bereits Maßnahmen vorgeschlagen worden (DE-OS 26 32 631), durch die beim Anlassen einer Brennki aftmaschine stets eine bestimmte Stellung des Bypaßventils gewährleistet sein soll. Zu diesem Zweck ist bei einem Regelsystem zur Einstellung eines Luft/Brennstoff-VerhältnisbCS für eine Vergaser-Brennkraftmaschine der Vergaser mit einem BypaßlufiKanal und einem darin befindlichen, in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Abgas-Meßfühlers steuerbaren Bypaßventil verschen, das darüber hinaus in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Start-Meßfühlers und eines Positionsmeßfuhlers derart gesteuert wird, daß es beim Anlassen der Brennkraftmaschine eine vorgegebene Ventilstcllung einnimmt, in der ein Luft/Brennstoff-Gemisch mit einem zweckmäßigen Luft/Brennstoff-Verhältnis gebildet wird. Das Bypaßventii wird dann in dieser Stellung festgehalten, bis mit dem Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und damit des Abgas-Meßfühlers seine Steuerung in einem dann geschlossenen Regelkreis unter Einbeziehung der nun korrekten Meßwerte des Abgas-Meßfühlers erfolgen kann. Während der Warmlaufphase de^r Brennkraftmaschine ist somit zwar eine bestimmte, zweckmäßig gewählte Stellung des Bypaßventils gewährleistet, jedoch ist eine Regelung des Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisses unter Einbeziehung des Erwärmungsgrades der Brennkraftmaschine nicht möglich, so daß auf die Gemischaufbereitung und Abgas-Schadstoffemission in diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine nur bedingt Einfluß genommen werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Regelsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß insbesondere in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart eine geringe Abgas-Schadstoffemission ei zielbar und dennoch ein ruhiger fehlzündungsfreier Lauf der Brennkraftmaschine ohne übermäßige Gemischabmagerung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird mil den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Erfindungsgemäß ist somit das Bypaßventil kontinuierlich verstellbar, wobei die Vcrsiellgeschwindigkcii während der Warmlaufphase in Abhängigkeit von dem Betriebszustand bzw. Erwärmungsgrad der Brennkraftmaschine steuerbar ist. Hierdurch läßt sich das Luft/Brennstoff-Gemisch bis zum Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine bzw. des Gasmeßfühlers über die regelbare Verstellgeschwindigkeit des Bypaßvenlils auch auf vom stöchionietrischen Verhältniswert abweichende zweckmäßige Luft/Brennstoff-Verhältniswerte einregeln, wodurch einerseits nach einem Kaltstart hohe Abgasemissionen an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen aufgrund einer überfetten Gemischbildung verhindert werden, andererseits jedoch während der Warmlaufphase stets ein ruhiger, fehlzündungsfreier Lauf der Brennkraftmaschine gewährleistet ist, da starke Regclschwankungen, die eine übermäßige Gemischabmagerung zur Folge haben können, aufgrund der erwärmungsabhängigen flexiblen Anpassung der Verstellgeschwindigkeit des Bypaßventils unterbunden werden.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Kennlinie eines Gasmeßfühlers, d. h. dessen elektromotorische Kraft in Abhängigkeil vom Luftverhältnis,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Regelsystems,

F i g. 3 ein Schaltbild der Regelschaltung des Ausführungsbeispiels gemäß Γ i g. 2,

Fig.4 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2. wobei das Luftverhältnis, das Ausgangssignul des Gasmeßfühlers und die Zusatzluftmenge in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt sind.

F i g. 5 ein Teilschaltbild eines weiteren Ausluhi ¹U"!·- beispiels der Regelschaltung und

Fig. 6 und 7 Kennlinien zur Erläuterung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 5.

Die in Fig. 2 dargestellte Motoranlage umfaßt einen Vergaser 1, der ein Luft/Brennstoff-Gemisch erzeugt, einen Ansaugkrümmer 2. der das Luft/Brennstoff-Gemisch einer Brennkraftmaschine 3 zuführt, einen Abgaskrümmer 4, durch den die Abgase aus der Brennkraftmaschine 3 abgeführt werden, sowie einen im Abgaskrümmer 4 montierten katalytischen Wandler 5. Der Vergaser 1 ist so eingestellt, daß er ein ι ••'"•/Brennstoff-Gemisch erzeü*** d2s etwss zv.^tTtar'^rt\· cherter ist. als es für den günstigsten Betrieb des katalytischen Wandlers 5 angebracht ist. Die Hauptluft wird durch ein Hauptsaugrohr la zugeführt und mit einer entsprechenden Brennstoffmenge zu dem etwas überfetteten Gemisch gemischt, das der Brennkraftmaschine 3 zugeführt, in dieser verbrannt und sodann über den Abgaskrümmer 4, den katalytischen Wandler 5 sowie einen nicht dargestellten Schalldämpfer in die Umgebung abgeführt wird. Am Abgaskrümmer ist ein Gasmeßfühler 6 montiert, der aus einem Sauerstoffühier auf Metalloxidbasis, beispielsweise auf Zirkondioxidbasis, besteht und ein dem Sauerstoffgehalt des Abgases entsprechendes Signal erzeugt Dieses Luftverhältnissignal des Gasmeßfühlers 6 wird einer Regelschaltung 7 zugeführt, deren Ausgangssignal eine Antriebseinrichtung 8 ansteuert, die beispielsweise durch einen Schrittmotor gebildet wird. Ferner sind ein Luftfilter 9, ein Zusaizluftkanal 11, der an einer Kraftstoffdüse \b sowie einer Drosselklappe 10 vorbeiführt, und ein in s dem Zusatzluftkanal 11 angeordnetes Bypaßventii 12 vorgesehen, das den Durchlaßbereich des Zusalzluftkanais 11 steuert. Das Bypaßventil 12 wird vom Schrittmotor 8 so verstellt, daß dadurch die Menge der dem im Vergaser 1 erzeugten Gemisch zugeführten

κι Zusatzluft entsprechend gesteuert wird. Das Bypaßventil 12, der Zusatzluftkanal 11 und der Schrittmotor 8 bilden eine Zusatzlufteinstelleinrichtung, die dem vom Vergaser 1 gelieferten Gemisch, das etwas angereicherter ist, als es für die wirksamste Arbeitsweise des katalytischen Wandlers zweckmäßig ist, die fehlende Luftmenge als Zusatzluft zuführt, was durch entsprechende Veränderung des Durchlaßbcrcichs des Zusaizluftkanals 11 erfolgt, so daß schließlich das der Brennkraftmaschine 3 zugeführte Gemisch das geeignete und gewünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist, wodurch die Reinigungswirkung des katalytischen Wandlers 5 verbessert wird. Ferner ist ein Ventilstellungsfühler 13 vorgesehen, der feststellt, ob sich das Bypaßventil 12 in seiner vollständig geschlossenen

2Ί Stellung befindet, und dessen Kontakte geöffnet werden, wenn das Bypaßventil 12 diese vollständig geschlossene Stellung einnimmt. Ein Maschinenwarmlauf-Temperaturmeßfühler 14 stellt den Warmlaufzustand der Brennkraftmaschine 3 fest, indem er beispielsweise die Kühlwassertemperatur, die Temperatur des Motorblocks oder die Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine 3 feststellt, und umfaßt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Thermistor,der die Kühlwassertemperatur ermittelt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf F i g. 3 die Regelschaltung 7 ausführlicher erläutert. Diese umfaßt eine Vergleicherschaliung 7a, die das gemessene Luft/Brennstoff-Verhältnis vergleicht und einen Eingangswiderstand 101, einen Vergleicher 104 sowie zur Spannungsteilung dienende Widerstände 102 und 103 umfaßt, durch die an den invertierenden Eingang des Verizleichers 104 eine Bezugsspannung angelegt wird. An (■■·." ...i-.iinvenierenden Eingang des Vergieichers 104 isi übe: den F.ingangswiderstand 101 der Gasmeß-

■»5 fühler 6 angeschlossen. Die durch die Spannungsteiler-Widerstände 102 und 103 bestimmte Bezugsspannung ist so eingestellt, daß sie gleich der elektromotorischen Kraft V₁ ist, die vom Gasmeßfühler 6 beim stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis erzeugt wird. Wenn das vom Gasmeßfühler 6 festgestellte Luft/Brennstoff-Verhältnis kleiner als das stöchiometrische Luft/Brennstoff- Verhältnis ist. d. h. wenn das Gemisch fett ist, erzeugt somit dip Vergleicherschaltung 7a an ihrem Ausgang A eine logische »1«, während sie am Ausgang A eine logische »0« abgibt, wenn das festgestellte Luft/Brennstoff-Verhältnis größer als das stöchiometrische Verhältnis ist, d. h. wenn das Gemisch mager ist.

Die Regelschaltung weist ferner einen Impulsgenerator Tb auf, der drei Oszillatoren umfaßt die von Invertern 105,107,109,111,113 und 115, Widerständen 106, 110 und 114 und Kondensatoren 108, 112 und 116 gebildet werden und an Ausgängen B, C und D des Impulsgenerators Impulssignale mit drei verschiedenen Frequenzen abgeben. Wenn die Frequenzen der an den

Ausgängen B, C und D abgegebenen Impulssignale mit f_B bzw. fc bzw. fo bezeichnet werden, gilt für die Frequenzen

f_B> fc> /d-

Ferner umfaßt die Regelschaltung eine Verstellgeschwindigkeitssieuersehaltung 7c. die zur Auswahl der Öffnungsgeschwindigkeit des BypaUventils dient und Inverter 117 und 121. UND-Glieder 118, 119, 120 und 122 sowie ein ODER-Glied 123 aufweist. Eingangssigna-Ie der Verstellgeschwindigkeitssleuerschaltung sind die Signale vom Tcmpcraturmeßfühlcr 14 und vom Impulsgenerator 76.

Im folgenden wird der Maschinenwarmlauf-TcmperalurmcBfühler 14 ausführlicher beschrieben. Der Temperaturmeßfühler 14 umfaßt zwei Kühlwasscrtemperaturdetektoren. die eingeschaltcl werden, wenn die Temperaturen höher als vorgegebene Temperaturen sind. Die Kühlwassertemperaturdetcktorcn umfassen Thermoschalter 14a und 14c die unier Ausnutzung des Curiepunktes von ierromagiielisehem Material Zungenschalter ein- und ausschalten, sowie Widerstände 146 und 14d Die Ausgänge des Temperaturmeßfühlers sind an die Verstcllgeschwindigkeitssieuerschaltung Tc angeschlossen. Der Thermoschalter 14a wird bei einer Temperatur Ti geschaltet, während der Thermoschalter 14c bei einer Temperatur T₂ geschaltet wird, wobei T\ < Ti gilt. Wenn die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 3 niedriger als Ti ist, sind beide Thermoschalter 14a und 14c ausgeschaltet, wodurch an den beiden Ausgängen des Temperaturmeßfühlers als Signal eine logische »1« vorliegt und in der Verstellgeschwindigkeilssteuerschaltung 7c eine logische »1« am einen Eingang des UND-Gliedes 118. über das UND-Glied 119 eine logische »0« am einen Eingang des UND-Gliedes 120 und über den Inverter 121 eine logische »0« am einen Eingang des UND-Gliedes 122 anliegt, so daß lediglich das UND-Glied 118 geöffnet ist. Wenn die Kühlwassertemperatur über T, und unter T-, liegt, ist der Thermoschalter 14a eingeschaltet, während der Thermoschalter 14c ausgeschaltet ist, so daß lediglich das UND-Glied 120 geöffnet ist. Wenn die Kühlwassertemperatur über Ti liegt, sind beide Thermoschalter 14a und 14c eingeschaltet bzw. geschlossen, so daß nurdas UND-Glied 122geöffnet ist.

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus ergibt sich, daß dann, wenn die Kühlwassertemperatur niedriger als T₁ ist. das am Ausgang D des Impulsgenerators Tb vorliegende Impulssignal über das UND-Glied 118 und das ODER-Glied 123 zum Ausgang £ der Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung 7c gelangt. Wenn die Kühlwassertemperatur oberhalb Γι und unterhalb T₂ liegt, gelangt das am Ausgang C des Impulsgenerators Tb vorliegende Impulssignal über das UND-Glied 120 und das ODER-Glied 123 zum Ausgang E der Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung 7c. Wenn die rCühlwasserternperatur höher als Tj ist, gelangt das am Ausgang B des Impulsgenerators Tb vorliegende Impulssignal über das UND-Glied 122 und das ODER-Glied 123 zum Ausgang £der Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung Tc

Die Regelschaltung umfaßt ferner eine Verstellrichtungssteuerschaltung Td, die eine logische Steuerschaltung bildet und gespeist wird mit den Ausgangssignalen der Vergleicherschaltung 7a. des Impulsgenerators Tb. der Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung 7c und des Ventilstellungsfühlers 13. Die Verstellrichtungssteuerschaltung 7a umfaßt einen Inverter 124 und zwei ODER-Glieder 125 und 126. Einer der Eingänge des ODER-Gliedes 125 ist mit dem Ausgang E der Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung 7c verbunden, während der andere Eingang über den Inverter 124 mit dem Ausgang A der Vergleicherschaltung 7a verbunden ist. Der Ausgang des ODER-Gliedes 125 ist mit einem Eingang P eines Zweirichtungsschieberegisters 7c verbunden. Einer der Eingänge des ODER-Gliedes 126 ist mit dem Ausgang B des Impulsgenerators Tb verbunden, während ein anderer Eingang des ODER-Gliedes 126 mit dem Ausgang Fdes Ventilstellungsfühlers 13 verbunden ist. Der Venlilstellungsfühler 13 umfaßt einen Schalter 13a, der geöffnet bzw. ausgeschaltet wird, wenn das Bypaßventil 12 vollständig

in geschlossen ist. Ein dritter Eingang des ODER-Gliedes 126 ist mit dem Ausgang A der Vergleicherschaltung 7a verbunden. Der Ausgang des ODER-Gliedes 126 ist mit einem Eingang Cdes Zweirichtungsschieberegisters 7e verbunden.

ι¹. Das Zweirichtungsschieberegister Te ist so ausgebildet, daß dann, wenn die Impulssignale am Eingang P anliegen, die Ausgänge Q\, Q₂, Qj und Qa des Schieberegisters nacheinander in der genannten Reihenfolge angesteuert bzw. »verschoben« werden,

_*i wogegen dann, wenn die Impulssignale an den Eingang Γ angelegt werden, die Ausgänge Qa, Qi, Q₂ und Q₁ nacheinander in der zuletztgenannten Reihenfolge angesteuert werden. Die Ausgänge Q\, Q₂, Qi und Qa sind mit einem Schalterkreis Tf verbunden, der

.·> Widerstände 127, 128, 129 und 130, Transistoren 131, 132, 133 und 134 sowie Gegenspannungs-Sperrdioden 135, 136, 137 und 138 umfaßt. An den Schalterkreis Tf sind Feldspulen Ci, C₂, Cj und Ca des Schrittmotors 8 angeschlossen. Wenn die Impulssignale an den Eingang

in P des Zweirichtungsschieberegisters 7e angelegt werden, werden die Transistoren 131, 132, 133 und 134 nacheinander leitend, so daß die Feldspulen Ci. C₂. G und Ca des Schrittmotors 8 nacheinander jeweils für zwei Phasen erregt werden, wodurch der Schrittmotor 3

i) eine Drehung in Richtung des Pfeiles ausführt. Wenn sich der Schrittmotor 8 in Pfeilrichiung dreht, wird das Bypaßventil 12 in Öffnungsrichtung angetrieben. Wenn dagegen die Impulssignale an den Eingang C des Zweirichtungsschieberegisters 7c angelegt werden, dreht der Schrittmotor in zur Pfeilrichtung entgegengesetzter Richtung, so daß das Bypaßventil 12 in Schlicßriehtung angetrieben wird. Es versteht sich, daß dann, wenn die Frequenz der an den Eingang P des Zweirichtungsschieberegisters 7e angelegten Impulssignale niedriger als die der an den anderen Eingang C angelegten Impulssignale ist. der Betrag der Drehzahl des Schrittmotors 8 in Pfeilrichtung geringer ist als der der Drehzahl in entgegengesetzter Richtung. Die Spannung der Batterie B wird über einen Zündschalter

so KS der Brennkraftmaschine 3 an die Regelschaltung 7 und den Schrittmotor 8 angelegt.

Das in vorstehend beschriebener Weise aufgebaute Regelsystem arbeitet wie folgt. Wenn die vom Gasmeßfühler 6 erzeugte EMK höher als die vorgegebene Spannung V_c ist. ermittelt daraus die Vergleicherschaltung 7a. daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine 3 zugeführten Gemischs gering ist. so daß am Ausgang A eine logische »1« erscheint.

Diese logische »1« wird vom Inverter 124 invertiert und als logische »0« auf den Eingang des ODER-Gliedes 125 gegeben. Dadurch wird das ODER-Glied 125 geöffnet so daß die am Ausgang E der Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung 7c vorliegenden Impulssignale auf den Eingang P des Zweirichtungsschieberegisters 7e durch das ODER-Glied 125 als Ausgangssignale der Verstellrichtungssteuerschaltung Td gegeben werden. Dies hat zur Folge, daß der Schrittmotor 8 in Pfeilrichtung dreht und daß die Öffnung des Bypaßven-

tils 12 vergrößert wird, was wiederum zur Folge hat, daß die Menge in das llauptsaugrohr la stromab der Drosselklappe 10 eingeleiteter Zusatzluft entsprechend der Öffnung des Bypaßventils 12 zunimmt, wodurch das Luft/Brennstoff-Verhültnis des der Brennkraftmaschine 3 zugeführten Gemischs erhöht wird. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel hängt die Laufgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Schrittmotors 8 von der Frequenz der vom Impulsgenerator 76 erzeugten Impulssignale ab. Wenn die Brennkraftmaschine 3 kalt ist und die Kühlwassertemperatur unter T, liegt, wie dies beispielsweise bei einem Kaltstart der Fall ist, wird der Schrittmotor 3 mit Inipulssignalen der Frequenz fp angesteuert, so daß die Öffnungsgeschwindigkeit des Bypaßventils 12 sehr klein ist bzw. die Änderung der Menge zugeführier Zusatzluft sehr langsam erfolgt. Wenn andererseits die Kühlwassertemperatur über T, und unter Tj liegt, wie dies beispielsweise während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine 3 der Fall ist, wird der Schrittmotor 8 von Impulssignalen mit der Frequenz fc angesteuert, so daß die Änderung der Menge zugeführter Zusatzluft noch verhältnismäßig langsam erfolgt, jedoch schneller als während des Zustandes, während dessen die Kühlwassertemperatur unter T] lag. Wenn die Kühlwassertemperatur über Tj liegt, wird der Schrittmotor 8 mit Impulssignalen der Frequenz /g angesteuert, so daß die Änderung der Menge zugeführter Zusatzluft mit der größten Geschwindigkeit erfolgt, die auch gleichzeitig die Änderungsgeschwindigkeit im Normalbetrieb ist.

Wenn die Zusatzluftmenge vergrößert wird, so daß die EMK des Gasmeßfühlers 6 kleiner als die vorgegebene Spannung K-wird, liefert die Vergleicherschaltung 7 a als Ausgangssignal cine logische »0«. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Bypaßventil 12 nicht vollständig geschlossen ist. liefert der Ventilstellungsfühler 13 an seinem Ausgang F eine logische »0«. die zum ODER-Glied 126 gelangt. An zwei von den drei Eingängen des ODER-Gatters 126 liegt daher eine logische »0« an. so daß die Verstellriehtungssteucrschaltung Td die impulssignale mit der Frequenz in. die am Ausgang Bdes Impulsgenerator Tb vorliegen, über das ODER-Glied 126 dem Eingang C des Zweirichtungs-Schieberegisters 7e zuführt. Dies hat /ur Folge, daß der Schrittmotor 8 mit normaler Drehzahl entgegen der Pfeilrichtung dreht, wodurch das Bypaßventil 12 in Schließrichtung angetrieben wird. Dadurch wird die Menge stromab der Drosselklappe 10 zugeführter Zusatzluft schnell verringert, wodurch das Luft/Brennstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine 3 zugeführten Gemischs ebenfalls verringert wird. Wenn das BypaßvcntJ! J2 dabei in seine vollständig geschlossene Stellung gelangt, wird der Schalter 13a des Ventilstellungsfühlers 13 geöffnet, so daß am Ausgang F eine logische »1« erscheint. Daher gibt das ODER-Glied 126 ständig eine logische »1« ab, so daß die Verstellung des Bypaßventils 12 beendet und dadurch verhindert wird, daß das Bypaßventil weiter in Schließrichtung angetrieben wird und dadurch möglicherweise das Bypaßventil 12 und der Schrittmotor 8 beschädigt werden. Da bei der Verringerung der Zusatzluftmenge die Steilgeschwindigkeit des Bypaßventils 12 immer durch impulssignale mit der Frequenz /s bestimmt ist. ist die Anderungsgeschwindigkeit bei der Verringerung der Zusatzluftmenge größer oder gleich der Änderungsgeschwindigkeit bei der Vergrößerung der Zusatzluftmenge.

In F i g. 4 sind für einen Wert der Kühlwassertempe-

ratur unterhalb von T₁ die Verläufe des Luftverhältnisses λ des Abgases im Abgaskrümtner 4, des Ausgangssignals des Gasmeßfühlers 6 und der von der Zusatzlufteinstelleinrichlung eingestellten Zusaizluftmenge während der vorstehend beschriebenen Vorgange dargestelli. Gestrichelt sind die entsprechenden Verläufe für den Fall dargestellt, daß die Kühlwassertemperatur oberhalb von 7": liegt. Die Zusatzluftmenge nimmt zu während der Zeit, während der das Luftverhältnis λ kleiner als 1 ist. d. h. wahrend des Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemischs kleiner als das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis ist. Die Zusatzluftmerige wird verringert während der Zeit, während der das Luftverhältnis λ größer als 1 ist. Wenn die Kühlwassertemperatur oberhalb von T; liegt, so daß die Vergrößerung und Verringerung der Zusaizluftnten ge mit gleicher Geschwindigkeit erfolgt, wird das Luftverhältnis im Mittel auf den Wert /. = 1 eingeregelt, d.h. durch die Regelung wird das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis eingestellt.

Wenn andererseits das Bypaßventil 12 von der Regelschaltung 7 derart betrieben wird, daß die ÖffnungsgesL'hwindigkeit kleiner als die Schließgeschwindigkeit ist. wie dies beispielsweise der Fall ist. wenn die KuT !wassertemperatur unter Ti liegt, ist die Änderungsgeschwindigkeu bei der Erhöhung der Zusatzlul'tmenge geringer als bei der Verringerung der Zusatzluftmenge. Dies hat zur Folge, d.iß das Luftverhältnis λ im Mittel auf einen Wert kleiner 1 eingeregelt wird, was beinhaltet, daß das Luft Brennstoff-Verhältnis des Gemischs auf einen Wert eingeregelt wird, der kleiner als da·, stöchiometrisehe Luft-'Brennstoff-Verhältnis ist.

Die Öffnungsgeschw indigkeit des B\paß\e!V.i!s 42 bei einer Kühlwassertemperatur unterhalb von T", unterscheidet sich auch \on der Öffnungsgesehwindigkeil bei einer Kühlwassertemperatur im Bereich oberhalb von T; und unterhalb \on 7";. Die Öffnungsgeschwindigkeit bei einer Kühlwassertemperatur unterhalb von 7Ί ist nämlich geringer als im letztgenannten Fall. Das Gemisch ist somit verhältnismäßig fett, wenn die Kuhiwasserteniperaiur unterhalb von T> liegt.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist. erreicht das Luftverhältnis seine Maxima und Minima um die Zeit Fspäter. als die Zusat/Iuftmcnge ihre Maxima und Minima erreicht. Der Grund dafür liegt darin, daß die Verzögerung·*.-.cit T verstreicht, bis das durch Zufuhr von Zusatzluft stromab der Drosselklappe 10 geregelte Gemisch in die Brennkraftmaschine 3 gesaugt, in dieser verbrannt und in den Abgaskrümmer 4 abgeführt worden ist.

Auf vorstehend beschriebene VVc^e \vi^rf^ dⁿs Luft/Brennstolf-Verhältnis des Gemischs entsprechend der Kühlwassertemperatur bzw. dem Warmlaufzustand der Brennkraftmaschine 3 geregelt, wodurch verhindert wird, daß das Gemisch während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine 3 zu mager wird. Dadurch wird während des Warmlaufens ein zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine 3 erreicht, was beispielsweise bedeutet, daß es nicht zu Fehlzündungen kommt und daß die Brennkraftmaschine nicht stehenbleibt.

Nachdem die Brennkraftmaschine 3 warmgelaufen ist, wird das Gemisch auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis eingestellt so daß die Abgase vom katalytischen Wandler 5 mit besserer Wirkung gereinigt werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemischs

Il

wahrend des Warmlaufens der Brennkraftmaschine 3 nacheinander auf drei verschiedene Werte geregelt. Noch wirksamer ist eine kontinuierliche Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Gemischs entsprechend dem Warmlaufzustand der Brennkraftmaschine 3. ■ wie dies bei einem weiteren Ausführiingsbeispiel des Regelsystems vorgesehen ist, das nachstehend beschrieben ist.

In F i g. 5 ist diese weitere Ausführungsform des Rcgelsystems ausschnillswcise dargestellt und weist -v. einen Maschinenwarmlaiif-Temperaturmeßfühler 14' auf. der einen Kühlwasserdetektor 14c sowie einen Festwiderstand 14/" umfaßt. Der Kühlwasserdetektor 14e besteht aus einem Thermistor oder dergleichen, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert und ι ■ der in der Kühlwasserleitung angeordnet ist. Die Ausgangsspannung am Ausgang C des Temperaturmeßfühlers 14' sinkt mit fallender Kühlwassertemperatür und steigt mit steigender Kühlwassertemperatur.

Eine Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung 7c'der > Ausführungsform gemäß F i g. 5 umfaßt einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer 150. der Impulssignale mit einer Frequenz abgibt, die der angelegten Kingangspannung entspricht. Die Vcrstellgeschwindigkeitssteuerschaltung 7c'umfaßt ferner einen Widerstand 151 zur -'"■ Festlegung des Frequenzbereichs der Ausgangsinipulse des SpaniHines-Frequenz-Umset/ers 150. einen Kondensator 152 so-Λ ie einen Widerstand 153 /um Einstellen der unterdrückten Impulsfrequenzen des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 150. "

Der Spannungs-Frequenz-Umsetzer 150 hat eine solche Kennlinie, daß die Ausgangsfrequenz des Impulssignals mit steigender Eingangsspannung steigt, wie dies in F i g. 6 dargestellt ist. Der Spannungs-Frequenz-Umsetzer 150. dessen Eingang \7-".._; an den ;' Ausgang G des Temperatunneßfühlers 14' angeschlossen ist. gibt somit an seinem Ausgang VF„,„ Impulssignale mit einer Frequenz ab. die im wesentlichen proportional zur Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 3 ist. Diese Impulssignale gelangen über den Ausgang /■' der Verstellgesehwindigkcitssteuerschaltung 7c'/ur Verstellrichtungssteuerschaltung 7t/.

Die Ölfnungsgesehwindigkeit des Bypaßventils 12, die von den vom Spanniings-F'requenz-Umsetzer 150 erzeugten Impulssignalen abhängt, ändert sich somit mit der Kühlwassertemperatur, wie dies in F i g. 7 dargestellt ist. und wird entsprechend dem Warmlaufzustand der Brennkraftmaschine 3 geregelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß die am Ausgang ödes Impulsgenerators Tb vorliegende Impulsfrequenz, so gewähh werden, daß sie gleich der maximalen impulsfrequenz, des Spannungs-Frequcnz-Umsctzcrs 150 ist, so daß die Öffnungsgeschwindigkcitdes Bypaßvcntils 12 gleich der .Schließgeschwindigkeit ist, wenn die Brennkraftmaschine 3 warmgelaufen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel braucht der Impulsgenerator Tb lediglich einen ein/igen Oszillator aufzuweisen. Die übrigen Elemente der Regelschaltung fü^r die Ausführungsform gemäß F i g. 5 werden nicht erneut erläutert, da sie denen der Ausführungsfoi m gemäß F i g. 3 entsprechen.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen müssen das Verhältnis zwischen der ÖffnungsuevhwmiJiLikeu und der Schließgeschwindigkeit des B\pal.iventils 12 während des Warmlaufens und die Einstellungen des Teinperaturmeßfühlers 14 bzw. 14' und des Impulsgenerators Tb sowie der Verstellge schwindigkeitssteuerschaltung 7c bzv. 7c' derart gewähh werden, daß sie den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 3 während des Warmlaufens angepaßt sind.

Hierzu 4 Blatt ZeLhnungen

Claims

re. iv Patentansprüche:

1. Regelsystem zur Einstellung eines Luft/Brennstoff-Verhältniswertes eines einer Brennkraftmaschine über eine mit einem Drosselventil versehene Gemischaufbereitungseinrichtung zugeführten, im wesentlichen fetten Luft/Brennstoff-Gemisches durch Regelung einer über einen Zusatzluftkanal mit einem von einer Antriebseinrichtung kontinuierlich verstellbaren Bypaßvcntil entsprechend dessen Öffnungsgrad stromab des Drosselventils in die Gemischaufbereitungseinrichtung eingespeisten Zu-

. satzluftmenge, mit einem im Abgassystem der Brennkraftmaschine zur Feststellung des Sauerstoff- ι ϊ gehaits der Abgase angeordneten Gasmeßfühler, einer mit dem Gasmeßfühler und der Antriebseinrichtung des Bypaßventils verbundenen Regelschal· lung, die die Verstellrichlung des Bypaßventil.s zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Luft/Brennstoff-Verhältniswertes über die Antriebseinrichtung steuert und einem Maschinenwarmlauf-Temperaturmcßfühler, der jeweils die Warnilaufphase der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der Betriebstemperatur überwacht und ein Maschinenzustandssignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (7) eine mit dem Maschinenwarmlaui-Tempcraturmcßfühler (14; 14') verbundene und in Abhängigkeit von dem Maschinenzuslandssignal die Warmlaufphasc der Brennkraftma- i< > schine (3) überwachende Verstellgeschwindigkeitsslcuerschaltung (7c; 7c') aufweist und bei Abgabe eines einen mageren Lufi/Brennstoff-Gemischzustand bezeichnenden Ausgangssignals des Gasmeßfühlers (6) während der Warnilaufphase ein Steuersi- Ϊ5 gnal an die Antriebseinrichtung (8) abgibt, durch das das Bypaßventil (12) schneller als bei Anstehen eines einen fetten Luft/Brennstoff-Gemischzustand bezeichnenden Ausgangssignals des Gasmeßfühlers (6) verstellbar ist. to

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinenwarmlauf-Temperaturmeßfühler (14) Thermoschalter (14</, 14c) zur Feststellung der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine aufweist.

3. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (7) ein Zweirichtungsschieberegister (7e) umfaßt, das ein Schiebcimpulssignal abgibt, dessen Frequenz der Frequenz eines anliegenden Eingangssignals proportional ist, und daß die Antriebseinrichtung (8) einen mit dem Bypaßventil (12) gekoppelten und an das Zweirichtungsschieberegister angeschlossenen Schrittmotor aufweist, der in Abhängigkeit von dem Schiebeiinpulssignal das Bypaßventil (12) mit einer der Frequenz des Schiebeimpulssignals proportionalen Geschwindigkeit verstellt.

4. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (7) mehrere Oszillatoren (7b) zur Bildung von Schwingungssignalen mit unterschiedlichen Frequenzen aufweist, daß die Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung (7c) mit den Oszillatoren (7b) und dem Zweirichtungsschieberegister (7ej verbunden ist und

in Abhängigkeit von dem Maschinenzustandssignal ^l)5 eines der Schwingungssignale auswählt und dem Zweirichtungsschieberegister (7e) zuführt, daß dem Vergleicher (104) ein Spannungsteiler (102, 103) zur Bildung der Bezugsspannung zugeordnet ist, wobei sich der Spannungswert des Vergleicherausgangssignals ändert, wenn eine der verglichenen Spannungen die andere übersteigt, und daß eine Verstellrichtungssteuerschaltung(7c/,lmit dem Vergleicher (104), der Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung (7c), einem der Konstantfrequenzoszillatoren (105 bis 108 hzw. 109 bis 112 bzw. 113 bis 116) und dem Zweirichtungsschieberegister (7e) verbunden ist und in Abhängigkeit von dem Vergleicherausgangssignal entweder das von der Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung ausgewählte Schwingungssignal oder das von dem einen Konstantfrequenzoszillator abgegebene Schwingungssignal dem Zweirichtungsschieberegister (7e) zuführt, wobei das Zweirichtungsschieberegisier (7e) bei Anliegen des Schwingungssignals des einen Konstantfrequenzoszillators in Rückwärtsrichtung betrieben wird.

5. Regelsystem nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (7) einen Konstantfrequenzoszillator (105 bis 108; 109 bis 1 12; 113 bis 116) zur Bildung eines Schwingungssignals mit konstanter Frequenz aufweist, daß die Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung (7c') einen mit dem Maschinenwarmlauf-Temperaturmeßfühler (14') und dem Zweirichtungsschieberegister (7c) verbundenen Spannungs-Frequenz-Umsetzer (150) zur Bildung eines dem Zweirichtungsschieberegister (7e) zugeführten Schwingungssignals mit einer dem Maschinenzustandssignal entsprechenden Frequenz aufweist, daß dem Vergleicher (104) ein Spannungsteiler (102, 103) zur Bildung der Bezugsspannung zugeordnet ist, wobei sich der Spannungswert des Vergleicherausgangssignals ändert, wenn eine der verglichenen Spannungen die andere übersteigt, und daß eine Verstcllrichiungssteuerschahung (7d) mit dem Vergleicher (104), der Verstellgeschwindigkcitssteuerschaliung (7c'), dem Konslantfrequenzoszillator (105 bis 108; 109 bis 112; 113 bis 116) sowie dem Zweirichtungsschieberegister (7e^ verbunden ist und in Abhängigkeit von dem Vergleicherausgangssignal entweder das von dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer (150) abgegebene Schwingungssignal mit variabler Frequenz oder das von dem Konstantfrequenzoszillator abgegebene Schwingungssignal mit konstanter Frequenz dem Zweirichtungsschieberegister (7c) zuführt, wobei das Zwc-irichtungsschieberegisler (7c) bei Anliegen des Schwingungssignals des Konstantfrequenzoszillators in Rückwärtsrichtung betrieben wird.

6. Regelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Konstantfrequenzoszillators (105 bis 108; 109 bis 112; 113 bis 116) der höchsten Schwingungsfrequenz des Spannungs-Frequenz-Umsetzers (150) der Verstellgeschwindigkeitssteuerschaltung(7cy entspricht.

7. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (8) einen mit dem Bypaßventil (12) und der Vcrstellrichtungssteuerschaltung (7d) verbundenen Schalter (13 a) aufweist, der bei vollständig geschlossenem Bypaßventil (12) verhindert, daß die Verstell· richtungssteuerschuluing das ausgewählte .Schwingungssignal dem Zweirichtungsschieberegister (7e) zuführt.