DE2949380C2 - Brennstoff/Luft-Verhältnis-Regeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft-Brennstoff-Gemi sches mittels einer Rückführschleife, mit einem Abgasfühler zum Erfassen der Zusammensetzung und der Konzentration der Abgase der Brennkraftmaschine, welcher ein Fühlersignal an eine Detektorschaltung abgibt, mit der eine Abweichung zwischen dem Fühlersignal und einem von einem Bezugswertschaltkreis erzeugten, veränderbaren Bezugssignal feststellbar ist und die ein Abweichungssignal an einem Steuerkreis zur Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhält nisses der Regeleinrichtung abgibt

F i g. 1 zeigt schematisch eine solche bekannte Regeleinrichtung (DE-OS 22 23 585). Bei dieser Regeleinrichtung wird die Konzentratioon des Abgasgehaltes, darunter beispielsweise O₂, CO, CO₂, HC, NO* usw.,

durch einen Abgasfühler 3, der in dem Auspuffrohr 2 angeordnet ist erfaßt Das Ausgangssignal des Abgasfühlers 3 wird mit einem Bezugswert V₅ verglichen, bei dem es sich beispielsweise um ein eingestelltes Brennstoff/Luft-Verhältnis handelt Dieser Vergleich

erfolgt durch eine Detektorschaltung 4, die z. B. einen Differenzialverstärker, einen Komparator od. dgl. umfaßt und die Abweichung wird erfaßt Mittels eines Steuergerätes oder eines Steuerkreises 5 wird ein der Abweichung entsprechendes Abweichungssignal er-

zeugt Die Menge des zugeführten Brennstoffes und der angesaugten Luft kann zusätzlich mittels des Abweichungssignals durch eine Brennstoffsteuerung geändert werden. Wenn der Einstellwert des Brennstoff/Luft-Verhält nisses derart eingerichtet wird, daß er mit dem günstigsten Arbeitspunkt des Abgasreinigers 7, bei dem es sich um eine Katalysatoranordnung, einen Reaktor od. dgl. handeln kann, übereinstimmt so können die schädlichen Anteile im Abgas wirksam herabgesetzt

werden.

Wird ein Dreifach-Katalysator verwendet der zum Oxidieren von CO und CH und zum gleichzeitigen Reduzieren von NO_x dient so wird als Einstellwert für das Brennstoff/Luft-Verhältnis ein Wert in der Nähe des stöchiometrischen Brennstoff/Luft-Verhältnisses gewählt

Der in der oberen Regeleinrichtung für das Brennstoff/Luft-Verhältnis verwendete Abgasfühler ändert im allgemeinen seine Eigenschaften mit der

Änderung der Temperatur. So besitzt beispielsweise das auf diesem Gebiet in großem Umfang verwendete Zorkonium-Sauerstoffkonzentrationsmeter eine äquivalente Schaltung, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist Diese äquivalente Schaltung umfaßt eine Serienschaltung

bestehend aus einer Batterie mit einer elektromotorischen Kraft e entsprechend der Sauerstoffkonzentration und einem Innenwiderstand p, dessen Widerstandswert entsprechend der Temperatur schwankt Der Innenwiderstandswert ρ besitzt einen Temperaturver-

lauf, wie er in Fig.3 gezeigt ist Wie man aus Fig.3 entnimmt wird der Innenwiderstand ρ größer, wenn die Temperatur abnimmt, so daß es schwierig ist, die elektromotorische Kraft e dann abzuleiten. Auf Grund dieses Umstands muß die Brennstoff/Luft-Verhältnis-Regeleinrichtung als (rückführungsfreie) Steuerung arbeiten, um die Einrichtung in einem bestimmten Zustand zu halten, wenn die Temperatur des Abgasfühlers niedrig ist Die Einrichtung wird in die (geschlossene) Regelung oder selbsttätige Regelung übergeführt, nachdem der Abgasfühler eine für seinen Betrieb ausreichend hohe Temperatur erreicht hat

In der genannten DE-OS 22 23 585 ist angegeben, daß vorzugsweise der Abgasfühler vor dem Starten der

Brennkraftmaschine auf eine Temperatur von 400° bis 700° C aufgeheizt werden kann, damit der Abgasfühler bereits zu Betriebsbeginn eine ausreichende große Spannung abgibt. Ein solches Vorgehen setzt eine besondere Heizvorrichtung für den Abgasfühler voraus, welche normalweise in einem Kraftfahrzeug eine elektrische Heizung sein wird. Beim Aufheizen des Abgasfühlers wird die Kraftfahrzeugbatterie belastet

In der DE-OS 20 10 793 ist eine Regeleinrichtung für das Luft-Brenn-uoff-Verhältnis in einer Brennkraftmaschine angegeben, bei der nahe dem Abgasfühler ein Thermoelement angeordnet ist, um mit Hilfe eines zusätzlichen Verstärkers eine Temperaturkorrektur bezüglich des Fühlersignals des Abgasfühlers vornehmen zu können, so daß eine Regelung der im Abgas enthaltenen Schadstoffmenge bereits erfolgen kann, bevor die Brennkraftmaschine ihre normale Betriebstemperatur erreicht hat Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine, bei dem das Fühlersignal einen Wert von nahezu Null aufweist, wird nicht berücksichtigt Vielmehr wird darauf hingewiesen, daß, wenn der Abgasfühler relativ kühl ist, keine Regelung erforderlich sei und ein etwas höherer Gehalt an Kohlenmonoxid in den Abgasen in Kauf genommen werden könne..

Bei dieser Regeleinrichtung ist kein Schaltkreis vorgesehen, durch den ein Vergleich des Signals des Abgasfühlers mit einem vorgegebenen Bezugssignal erfolgt Die Regelung erfolgt über die Ausgangsspannung des Abgasfühlers, wobei zu dieser Ausgangsspannung eine Bezugsspannung addiert wird, um auch dann, wenn die Ausgangsspannung des Abgasfühlers ungefähr gleich Null ist, eine definierte Information zur Steuerung des Brennstoff-Luft-Verhältnises zu erhalten.

Eine aus der DE-AS 23 57 410 bekannte Einrichtung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses bei Brennkraftmaschinen ist sehr ähnlich, wie die aus der DE-OS 22 23 585 bekannte und eingangs erwähnte Einrichtung. Über einen Abgasfühler wird der Sauerstoffgehalt des Abgases festgestellt und in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt wird entweder dem Ansaugkrümmer dei Brennkraftmaschine zusätzliche Luft oder zusätzlicher Treibstoff zugeführt Eine Erörterung der verschiedenen, bei einer Regelung auftretenden Probleme erfolgt in dieser Druckschrift nicht.

Um die Temperatur des Abgasfühlers zu erfassen, ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Schwankung des Innenwiderstandes herangezogen wird. Bei diesem Verfahren wird ein Strom durch den Abgasfühler geschickt, und die Spannungsänderung entsprechend der Änderung des Innenwiderstandes auf Grund der Temperaturschwankung wird erfaßt

Wenn man nun annimmt, daß in dem Abgasfühler ein Strom / fließt, so drückt sich die Ausgangsspannung VO des Abgasfühlers wie folgt aus:

V₀ - e + gi (1)

Man entnimmt der Gleichung (1), daß die Spannung Vb abnimmt, wenn der Innenwiderstand g auf Grund des Temperaturanstiegs klein wird. Daher kann mit der selbsttätigen Regelung begonnen werden, wenn Vo einen bestimmten Wert unterschreitet.

Allerdings besteht noch das schwierige Problem, zu welchem Zeitpunkt mit der selbsttätigen Regelung begonnen wird

Es ist bekannt, daß man den Bezugswert V, in der Detektorschaltung 3 besser entsprechend dem Zustand der Ausgangsgröße des Abgasfühlers ändert, als ihn auf einem bestimmten Wert du halten. In diesem Fall wird insofern ein Vorteil erzielt, als daß die Schwankung der Ausgangsgröße des Abgasfühlers bei niedriger Temperatur oder bei Störung des Abgasfühlers wirksam kompensiert werden kann,

Zum Ändern des Bezugswertes V, entsprechend dem Zustand des Ausgangssignals des Abgasfühlers ist es bekannt, einen Mittelwert zu bilden aus dem größten Wert (ein Wert bei zu fettem Gasgemisch) und dem kleinsten Wert (ein Wert bei zu magerem Gasgemisch)

und diesen Mittelwert als Bezugswert V₅ zu verwenden. Bevor mit der selbsttätigen Regelung in der oben erläuterten Weise begonnen wird, stellt das Ausgangssignal des Abgasfühlers entweder den größten oder den kleinsten Wert dar, so daß es unmöglich ist den Mittelwert zwischen dem größten und dem kleinsten Wert vor dem Beginn der selbsttätigen Regelung zu erhalten. Folglich hat man ein System ausgedacht mit dem der Bezugswert V₁ bei einem Wert festgelegt wird, der um einen gewissen Betrag bezüglich des größten Wertes vermindert ist, falls das Ausgangssignal des Abgasfühlers vor dem Beginn der lilbsttätigen Regelung das größte Gigna! ist, und bei einem Wert festgelegt wird, der um einen bestimmten Betrag bezüglich des kleinsten Wertes erhöht ist, falls das Ausgangssignal das kleinste Signal ist. Daher wird der aus dem größten und kleinsten Wert des Abgas-Fühlerausgangssignals ermittelte Mittelwert als Bezugswert verwendet Bei einem solchen System liegt der Bezugswert V₅ stets in dem Bereich zwischen dem größten und kleinsten Wert, so daß nach dem Beginn der selbsttätigen Regelung automatisch eine richtige Regelung stattfindet.

Allerdings haftet dem oben erläuterten System noch das Problem an, daß eine genaue Beurteilung erforderlich ist ob das Ausgangssignal des Abgasfühlers der größte oder der kleinste Wert ist, oder anders ausgedrückt ob das Gasgemisch vor dem Beginn der selbsttätigen Regelung fett oder mager ist Wird der Bezugswert fehlerhaft erhöht selbst wenn das Gasgemisch fett is'., so wird das Gasgemisch noct. mehr angefettet und im entgegengesetzten Fall wird das Gasgemisch noch magerer, so daß eine richtige Rückführungsregelung nicht erfolgen kann.

Zur Lösung dieses Problems wurde ein Verfahren entwickelt, das unter Bezugnahme auf F i g. 4 erläutert werden soll.

Fig.4 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des Abgasfühlers einerseits und der Temperatur und dem Innenwiderstand andererseits bei einem System zeigt, in welchem durch den Abgasfühler ein äußerer Strom geschickt wird.

In F i g. 4 zeigt die Kurve X eine Ausgangsspannung des mit dem Strom beschickten Abgasfühlers, wenn das Gasgemisch zu fett ist, die Kurve X' dagegen zeigt eine Ausgangsspannung, bei der der äußere Strom zu der obigen Zeit unterbrochen wird. Eine Kurve !'zeigt eine Ausgangsspannung des mit dem Strom beschickten Abgasfühlers, wenn das Gasgemisch zu mager ist, und eine Kurve Y' zeigt eine Ausgangsspannung, wenn der

Strom zu der obigen Zeit unterbrochen wird.

Nehmen wir an, daß die Startzeit für die selbsttätige Regelung dort liegen soll, wo die Ausgangsspar.riung Vo bei zugeführtem Strom die Bedingung

^{0 S} "

(beispielsweise int V_p] den Wert U V)

erfüllt. Diese Bedingung liegt nämlich vor, wenn entweder der Kurve Λ'oder die Kurve Vunterhalb des

eingestellten Wertes V_p\ kommt.

Wenn v/ir in diesem Fall die Stromzufuhr zu einem Zeitpunkt unterbrechen, wenn die Kurve X oder die Kurve Y den eingestellten Wert V_p\ schneidet, so vermindert sich die Ausgangsspannung V₀ auf V_x bzw. Vy. Da nun zwischen den Werten V_x und V, eine beträchtliche Differenz besteht, so daß ein zweiter eingestellter Wert V_p2 zwischen den Kurven X' und Y' bestimmt wird, so wird die Ausgangsspannung V₀ mit dem Wert V_pi verglichen, wenn die Stromzufuhr beendet wird. Auf diese Weise kann das fette oder magere Gasgemisch genauer beurteilt werden. Auf Grund des Beurteilungsergebnisses wird der Bezugswert weiter eingestellt. Ist nämlich das Gemisch zu fett, so wird ein um einen bestimmten Betrag unterhalb von V_r] liegender Wert als Bezugswert V, genommen, und wenn das Gemisch zu mager ist. so wird ein etwas über dem Wert V_p, liegender Wert als Bezugswert V, genommen. Dann wird der Strom aufs Neue zugeführt oder eingeprägt. In diesem Fall liegt der Bezugswert V, stets zwischen der Kurve X und der Kurve Y. Danach erfolgt die richtige selbsttätige Regelung.

Ein solches System jedoch erfordert ein ziemlich kompliziertes Verfahren, indem der Strom nach einer Beurteilung hinsichtlich der Möglichkeit des Beginns der selbsttätigen Regelung unterbrochen wird, daß eine Beurteilung bezüglich zu fettem oder zu magerem Gemisch vorgenommen wird, daß auf dieser Grundlage ein Bezugswert K festgelegt wird, und daß die selbsttätige Regelung begonnen wird, nachdem der Strom aufs Neue zugeführt wurde. Beim Ein- und Ausschalten des Stroms ist weiterhin eine bestimmte Zeit erforderlich, bevor die Ausgangsspannup.g V_n von den Kurven X. Kauf die Kurven Λ". Voder umgekehrt übergeht (eine Zeit, in der die Maschine einige zig Umdrehungen machen kann), so daß die Beurteilung über den oben genannten Zeitraum verzögert wird. Dies bedeutet, daß der Anfangszeitputikt für die selbsttätige Regelung um den genannten Zeitraum verzögert wird und sich die Abgasreinigung während dieses Zeitraums verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß durch eine feinfühligere Regelung eine bessere Reinigung der Abgase erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Detektorschaltung und Steuerkreis eine Schaltereinrichtung geschaltet ist. bei deren geöffnetem Zustand die Übertragung des Abweichungssignals von der Detektorschaltung zu dem Steuerkreis unterbrochen ist so daß zwischen Abgasfühler und Schaltereinrichtung ein Feststellschaltkreis geschaltet ist, wodurch dem Abgasfühler bei normalen Betriebsbedingungen ein vorbestimmter Strom zuführbar und durch den das Fühlersignal mit einem vorbestimmten, ersten .Spannungswert vergleichbar ist, daß, wenn die Bedingung erfüllt ist, daß das Fühlersignal kleiner oder gleich dem vorbestimmten, ersten Spannungswert ist durch den Feststellschahkreis der dem Abgasfühler zugeführte Strom um einen Wert Ai verringerbar ist und daß bei Vorliegen dieser Bedingung das Bezugszeichen auf einen vorbestimmten, zweiten Spannungswert verän derbar ist und gleichzeitig die Schaltereinrichtung zur Übertragung des von der Detektorschaltung erzeugten Abweichungssignals in ihren geschlossenen Zustand überführbar ist und daß der vorbestimmte, zweite Spannungswert zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert des Fühlersignals des Abgasfühlers liegt.

Mit der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung wird diejenige Zeit verkürzt, die erforderlich ist, um den Beginn der selbsttätigen Regelung zu beurteilen. Der Fall einer solchen Beurteilung liegt dann vor, wenn der Abgasfühler eine solche Temperatur erreicht hat, daß die von ihm abgegebene Signalspannung zur Weiterverarbeitung durch eine Regeleinrichtung geeignet ist.

ίο Wenn man berücksichtigt, daß eine Brennkraftmaschine bei einer Lehrlaufdrehzahl von 800 U/min in einer Sekunde in etwa 13 Umdrehungen der Kurbelwelle durchführt, so sieht man. daß bei einer Zeitverzögerung von einigen Sekunden bis zum Einsetzen einer selbsttätigen und damit im allgemeinen optimalen Regelung eine beträchtliche Abgasmenge ausgestoßen wird, die einen großen Anteil unerwünschter Schadbzw. Verunreinigungsstoffe enthält. Es ist deshalb von Bedeutung, ein solches Umschaltzeitintervall zwischen dem ungeregelten Zustand und dem selbsttätig geregelten Zustand so kurz wie möglich zu halten, ν

Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird, um die Beurteilungszeit zu Beginn des Regelvorganges zu verringern, der dem Abgasfühler zugeführte Strom um einen vorbestimmten Wert verringert, so daß der vorhergehend festgesetzte Anfangswert stets zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert des Fühlersignals liegt, so daß der Regelvorgang unmittelbar einsetzen kann, wodurch der ungeregelte Zeitraum verkürzt und die Abgasreinigung verbessert wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch ausgezeichnet, daß zwischen dem Abgasfühler und der Detektorschaltung ein Pufferschaltkreis geschaltet ist, so daß entweder von dem Pufferschaltkreis oder dem Feststellschaltkreis dem Abgasfühler ein sehr kleiner Strom zuführbar ist, demzufolge bei geöffneter Schaltereinrichtung ein Strom /+J/+/'durch den Abgasfühler fließt, und daß ein Komparator, durch den der Ausgang des Puffer- Schaltkreises mit dem vorbestimmten, ersten Spannungswert vergleichbar ist und durch den ein Signal erzeugbar ist. wenn das Fühlersignal kleiner oder gleich dem vorbestimmten, ersten Spannungswert ist und ein Verzögerungsschaltkreis vorgesehen sind, durch den das Signal zur Überführung der Schaltereinrichtung in ihren geschlossenen Zustand verzögerbar ist.

Mittels dieser Weiterbildung wird erreicht daß, wenn nur ein sehr kleiner Strom durch den Abgasfühler fließt, durch diesen kleinen Strom die Beurteilung hinsichtlich der niedrigen Temperatur bewirkt werden kann.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiel«* der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Aus-

führungsbeispiels einer Brennstoff/Luft-Verhältnis-Regeleinrichtung,

F i g. 2 ein Schaltungsdiagramm einer äquivalenten Schaltung eines Abgasfühlers,

Fig.3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des

Innenwiderstands des Abgasfühlers von der Temperatur darstellt

F i g. 4 und 5 graphische Darstellungen, in denen die Ausgangsspannung des Abgasfühlers in Abhängigkeit von der Temperatur aufgetragen ist

F i g. 6 und 7 vereinfachte Blockdiagramme von Ausführungsbeispielen der Erfindung,

Fig.8 den den Ausgangsspannungsverlauf der in F i g. 7 dargestellten Einrichtung,

F i g. 9 ein Schaltungsdiagramm für eine Stromversorgung,

F i g. 10 ein Ausführungsbeispiel für eine Bezugswerteinstellschaltung und

Fig. Il ein Signalformdiagramm zur Verdeutlichung der in Fig. 10 dargestellten Schaltung.

Zuerst soll das Prinzip der Erfindung unter Bezugnahme auf F i g. 5 erläutert werden.

In .·' i g. 5 stellen die Kurven X und Y die Ausgangsspannungen bei Zuführen eines Stroms dar. Die Kurven X" und Y" zeigen die Ausgangsspannun gen, wenn der Strom bezüglich des richtigen Wertes um Ai vermindert ist.

Fs soll angenommen werden, daß der Startpunkt für die selbsttätige Regelung dort liegt, wo die Ausgangsspannung V₀ kleiner oder gleich V_p] ist, d. h.. es gilt V_n < V_r, (Y_p\ ist z. B. 1,2 V) bei Stromzufuhr. Wenn der Strom um einen bestimmten Wert Ai vermindert wird, vermindert sich die Ausgangsspannung von V_p\ auf V_x"

VV wenn UiC pviii'vc /\ ut.'vf. t uic i\.üi"Vc itii' r _n\

und liefert gleichzeitig ein Startsignal 5} für die selbsttätige Regelung an eine Bezugswerteinstellschaltung 9 und an die Schaltereinrichtung 10. Bei Erhalt des Signals Si legt die Bezugswerteinstellschaltung 9 als Anfangswert für den Bezugswert V, den Wert V_pi fest und liefert diesen Wert an die Detektorschaltung 4. In diesem Fall wird der Wert V_pj vorab so ausgewählt, daß er in dem Bereich zwischen dem Maximalwert V" und dem Minimalwert V_y" des Ausgangswertes des Abgas fühlers 3 liegt, wie es oben beschrieben wurde. Hierdurch wird auf automatischem Wege die richtige Beurteilung hinsichtlich eines fetten oder mageren Gemisches erzielt. Durch das oben erwähnte Startsignal .S7 für die selbständige Regelung wird die Schaltereini richtung 10 nun umgeschaltet auf den Kontakt b. um die Schleife zu schließen, und eine selbständige Regelung zu beginnen. Wenn die selbsttätige Regelung begonnen ist, erfaßt die Bezugswerteinstellschaltung 9 den Maximum- und Minimumwert des Abweichungssignals 5j und

schneidet. Auf der Grundlage des Wertes von Aikönnen die Werte für V_x "und V, vorab angenommen werden, so daß, wenn der Wert V_n) als Bezugswert V, genommen wird, mit V," > V_n) > V_n) > V₁", automatisch die richtige selbsttätige Regelung erreicht werden kann. Nach diesem Prinzip wird im Unterschied zu dem vollständigen Ein/Aus-Schalten der Stromversorgung der Strom nur um Ai vermindert, so daß die Zeitverzögerung sehr klein gehalten werden kann. Bei dem Anfangswert für den Bezugswert V₁ kann es sich stets um einen bestimmten Wert handeln, so daß die SchsAung in einfacher Weise aufgebaut sein kann. Der Anfangswert des oben genannten Bezugswertes kann vorab eingestellt werden, beispielsweise auf Grund von Versuchen.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf F i g. 6 erläutert werden.

In Fig.6 und 1 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In dem Auspuffrohr 2 ist ein Abgasfühler 3 zwischen einem Motor 1 und einem Abgasreiniger 7 angeordnet. Das Ausgangssignal des Abgasfühlers 3 wird in einer Detektorschaltung 4 mit einem Bezugswert V₅ verglichen, und ein Steuerkreis 5 steuert eine Brennstoffeinstelleinrichtung 6 auf der Grundlage der erfaßten Abweichung.

Wie man F i g. 6 entnimmt, ist zwischen der Detektorschaltung 4 und dem Steuerkreis 5 eine Schalteinrichtung 10 vorgesehen. Während der rückführungslosen Steuerung, d. h. bei niedriger Temperatur, ist die Schaltereinrichtung 10 derart eingestellt, daß zwischen der Detektorschaltung 4 und dem Steuerkreis 5 keine Verbindung besteht, wobei der Schalterarm mit dem Kontakt a in Verbindung steht Folglich wird das von dem Steuerkreis 5 abgegebene Steuersignal auf einem konstanten Wert gehalten, und es findet eine rückführungslose Steuerung statt, wenn die selbsttätige Regelung unterbrochen ist. Zwischen dem Abgasfühler 3 und der Schaltereinrichtung 10 ist ein Feststellschaltkreis 8 vorgesehen. Dieser Feststellschaltkreis 8 enthält eine Stromversorgungsschaltung, mit der dem Abgasfühler 3 ein Strom eingeprägt werden kann. Der Feststellschaltkreis 8 liefert normalerweise einen vorbestimmten Strom zu dem Abgasfühler 3, und die Spannung V₀ am Ausgang des Abgasfühlers 3 wird unter dieser Bedingung mit einem eingestellten Wert V_p\ verglichen. Wird die Bedingung Vo S V_p\ erreicht, so vermindert der Feststellschaltkreis 8 den Strom um Ai /u iicictl dft üic L/cicKiOi SCttäitüfig τ äis uGZügäVVCri >* einen Wert entsprechend dem obenerwähnten, beispielsweise dem aus dem Maximum- und Minimum gebildeten Mittelwert. Dann findet die übliche selbsttätige Regelung statt.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. F i g. 8 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der in F i g. 7 gezeigten Schaltung.

Eine in Fig. 7 dargestellte Pufferschaltung 12 ist als Operationsverstärker mit einem PNP-Eingang ausge-

jo stattet und besitzt einen kleinen Reststrom im Bereich von einigen 10 bis 10OnA. Der Reststrom fließt in den Abgasfühler 3.

Eine Stromversorgungsschaltung 11 speist den Abgasfühler 3 über Serienschaltungen, die aus einer Diode und einem Widerstand bestehen, mit Strömen / und Ai. Der dem Abgasfühler 3 eingeprägte Strom ausgedrückt durch:

/ + Ai + i'

In F i g. 8 bedeuten die Kurven X und Y, X" und Y" und X'"und Y'"den Verlauf der Ausgangsspannung Vc für folgende Fälle:

X, Y zugeführter Strom: / + Ai + /'(Normalfall)

X", Y" zugeführter Strom:

/ + /'(um Ai'vermindert) X'", Y'" zugeführter Strom:

/' (die Stromzufuhr von der Schaltung 11 so wurde vollständig unterbrochen).

Bei der in Fig.7 gezeigten Schaltung erreicht der dem Abgasfühler 3 eingeprägte Strom selbst dann, wenn die Stromversorgung aus der Stromversorgungsschal tang 11 vollständig unterbrochen wird, nicht vollständig den Wert 0, da noch der Reststrom /' von der Pufferschaltung 12 kommt Aus diesem Grund unterscheiden sich die Kurven A"'"und Y'"gemäß F i g. 8 von den Kurven X'und Y'gemäß Fig.4 im Zeitpunkt der Unterbrechung des zugeführten Stroms, v.-enn die Stromzufuhr unterbrochen wird.

Bei der in F i g. 7 gezeigten Schaltung wird bei der rückführungslosen Steuerung der Schaltereinrichtung 10 mit dem Kontakt a in Verbindung gebracht, und dann liefert die Stromversorgungsschaltung 11 einen Strom / + AL Folglich fließt zu dem Abgasfühler 3 ein Strom /' + Ai + /'. Die Ausgangsspannung des Abgasfühlers 3 ergibt sich aus den Kurven A"und Vin Fig.8.

Ein Komparator 13 vergleicht das Ausgangssignal der Pufferschaltung 12, das dasselbe Signal ist wie die Ausgangsspannung Vo des Abgasfühler 3, mit der eingestellten Spannung V_p\ und liefert das Ausgangssignal S₄, wenn die Bedingung V₀ ä V_pl erfüllt ist.

Die Stromversorgungsschaltung 11 unterbricht den Strom Ji, wenn dds Signal S* gegeben wird, so daß noch der Strom / abgegeben wird.

Die an den Ausgang des !Comparators 13 angeschlossene Verzögerungsschaltung 14 liefert ein Signal Si, bei dem es sich um ein bezüglich des Signals S₄ um die Zeit η verzögertes Signal handelt. Die Bezugswerteinstellschaltung 9 liefert einen Anfangswert V, = V_pi für den Bezugswert, wenn das Signal & an die Bezugswerteinstellschaltung 9 gegegen wird. Zur selben Zeit wird die Schaltereinrichtung 10 auf den Kontakt ύ umgeschaltet, und die selbsttätige Regelung wird begonnen.

Die oben erwähnte Verzögerungszeit η ist vorgesehen, um eine Stabilisierung der Ausgangsspannung des Abgasfühler;» nach dem Ver niiiiueiii tics /.ugeiüiit ieit Stroms zu erreichen. Die vor dem Eintritt der Stabilisierung benötigte Zeit ist wesentlich kürzer im Vergleich zu den oben erläuterten herkömmlichen Ausführungsformen, bei denen die Stromversorgung vollständig unterbrochen wurde.

Wenn die selbsttätige Regelung begonnen wird, liefert die Bezug.swerteinstellschaltnng 9 einen dem Ausgangssignal des Abgasfühlers 3 entsprechenden Wert als Bezugswert V* beispielsweise einen aus dem Maximum- und Minimumwert gebildeten Mittelwert.

Wenn die Temperatur des Abgasfühlers 3 ansteigt, vermindert sich die Ausgangsspannung V₀ des Abgasfühlers nach und nach entlang der Kurven X'"und Y'", d. h., die Spannung nimmt in der Zeichnung nach links hin ab. Die Bezugsspannung V, vermindert sich entsprechend.

Ein Komparator 15 vergleicht den Wert V, mit einem Einstellwert Vp₄. Dieser Wert Vp₄ ist beispielsweise ein Mittelwert, der zwischen dem Maximum- und Minimumwert bei der normalen Betriebstemperatur liegt und beispielsweise 0,4 V beträgt. Ist die Bedingung V₁ < Vp₄ erreicht, liefert der Komparator 15 ein Ausgangssignal Ss, indem festgesteht wird, daß der Abgasfühler 3 eine ausreichend hohe Temperatur hat Die Stromversorgungsschaltung 11 unterbricht die Stromzufuhr völlig, wenn das Signal Ss gegeben wird. Folglich beschränkt sich nun der dem Abgasfühler 3 eingeprägte Strom auf den Reststrom /'. Die Ausgangsspannung Vo des Abgasfühlers liegt im Bereich zwischen den Kurven X"' und X'". In diesem Fall ist der Bezugswert V₁ auf den Wert Vp₄ fixiert Wie man aus Fig.8 entnehmen kann, liegen die Kurven X" und X'" sehr dicht beieinander, und auch die Kurven Y" und Y'" liegen sehr dicht beieinander, so daß die Ausgangsspannung des Abgasfühlers nicht viel schwankt, selbst wenn die Stromzufuhr des Stroms 1 unterbrochen wird.

Wie sich aus der obigen Erläuterung ergibt, kann Energie eingespart werden, indem die Stromzufuhr bei hoher Temperatur unterbrochen wird.

Wenn während der selbsttätigen Regelung die Temperatur des Abgasfühlers beispielsweise auf Grund eines langen Leerlaufs abnimmt, so ist es notwendig, wiederum eine rückführungslose Steuerung durchzuführen.

Es können verschiedene Wege beschriften werden, um bei Notwendigkeit ein solches Umschalten zwischen selbsttätiger Regelung und rückführungslo? r Steuerung vorzunehmen. Beispielsweise gibt es ein System, bei dem eine solche Beurteilung auf der Grundlage der Amplitude der Ausgangsspannung des Abgasfühlers erfolgt. Hierbei wird die Differenz zwischen dem Maximal- und Minimalwert herangezogen, und es wird ein Umschalten auf die rückführungslose Steuerung festgelegt, wenn die Amplitude unterhalb eines bestimmten Wertes liegt. Bei der in Fig. 7 gezeigten Schaltung jedoch fließt ein Reststrom /', durch den Abgasfühler 3 selbst dann, wenn die Stromzufuhr

ίο unterbrochen ist, so daß durch die Verwendung des Reststroms die Beurteilung hinsichtlich der niedrigen Temperatur bewirkt werden kann. Die Identifikationsschaltung 16 nämlich besteht bespielsweise aus einer Halteschaltung und einem Komparator, und sie

Ii überwacht das Abweichungssignal, welches von der Detektorschaltung 4 geliefert wird. Die Idcntifikationsschaltung 16 liefert ein Signal .%. wenn das Abw.';· chungssignal einen bestimmten Wert über dem Bezugswert V₁ einnimmt (zu dieser Zeit ist V, auf V^ fixiert,

), üi'lü wci'ii'i

fAu"Wctt_MÜMg55igM<it rüT

eine bestimmte Zeitdauer auf dem bestimmten Wert gehalten wird. Dies bedeutet, daß die Ausgangsspannung V₀ des Abgasfühlers 3 selbst bei abgemagertem Gasgemisch (rechte Seite von U in F i g. 8) größer als V₁* wird. Durch dieses Signal 5* wird die Schaltereinrichtung 10 auf den Kontakt a umgeschaltet, und das System geht zur rückführungslosen Steuerung über. Die Stromversorgungsschaltung 11 beginnt wiederum, einen Strom 1 + Ji abzugeben.

Bei der in F i g. 7 gezeigten Schaltung wird der Reststrom /'des Pufferschaltungskreises 12 verwendet. Ist jedoch ein solcher Reststrom nicht vorhanden, so kann der Wert des von außen aufgeprägten Stroms, der von der Stromversorgungsschaltung 11 abgegeben wird, in drei Schritten »«<, »/' + Jk und »/ + Ji + /'« geändert werden.

F i g. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Stromversorgungsschaltung 11, die durch einen Mikrocomputer 17 gesteuert wird, der ein Teil aufweist, welches dem Steuerkreis 5 und der Bezugswerteinstellschaltung 9 entspricht.

Hier wird der Mikrocomputer 17, der A: sgangskreis für die an die Stromversorgung zu gebenden Signale, wie z, B. S₄, Ss, Ss gemäß F i g. 7, aus einem dreistufigen

Puffer 18 gebildet.

Der dreistufige Puffer 18 umfaßt eine Pufferschaltung, deren Ausgang drei Zustände annehmen kann, nämlich »1«, »0« und »hochohmig«. Im allgemeinen ist der Ausgangskreis eines Mikrocomputers in dieser Art

so ausgebildet.

Betrachtet man nun F i g. 9, so werden, wenn ein Ausgangssignal »1« (entsprechend Ss) von dem dreistufigen Puffer 18 geliefert wird, beide Transistoren Qi und Qi eingeschaltet, so daß die Spannung V, an der Ausgangsklemme der Stromversorgungsschaltung 11 im wesentlichen 0 Volt annimmt, und der äußere Strom den Wert 0 hat

Ist die Ausgangsgröße des dreistufigen Puffers 18 »0« (entsprechend S₄), so werden beide Transistoren Qi und

Qi abgeschaltet, und es wird

so daß ein großer Strom (über / + Ji) dutch den Abgasfühler fließt

Wenn als nächstes der Ausgang des dreistufigen Puffers 18 »hochohmig« ist (entsprechend S&\ wird der

11 12

Transistor Q\ eingeschaltet, und die Basis dieses der Schalter 21 durch das Signal S₂ geöffnet, so daß c^r

Transistors, nämlich V₂, wird gieich der Basis-Emitter- Integrator nun eine Integration durchführen kann.

Spannung V_fS, etwa 0,6 V. Da der Spannungsabfall an Wenn das Signal S₃ der Detektorschaltung 4 eine

der Diode; D\ und an der Diode Di einander Bedingung »mageres Gemisch« für das

kompensieren, wird die Spannung V₂ gleich der 5 Brennstoff/Luft-Verhältnis (niedriger Pegel) in einem

Spannung V₃. Das Basispotential V< des Transistors Q₂ solchen Zeitraum anzeigt, wird ein Zeitgeber 19 in Gang

wird gleich der Spannung V₃, geteilt durch das gesetzt, der ein Signal S₇ mit hohem Pegel für eine

Verhältnis der Widerstände /?, und R₂, so daß dieser bestimmte Dauer ran die Integratorschaltung liefert.

Transistor Qi abgeschaltet wird. Demnach liegt die Die Integratorschaltung integriert das Signal S7, das

folgende Beziehung vor, und der Versorgungsstrom 10 von dem Zeitgeber 19 kommt und liefert an seiner.i

entspricht dem oben erwähnten Strom /'.■ Ausgang ein Signal S₈. Diese Integration wird

fortgesetzt, bis die Ausgangsspanniing die Zenerspan-

R₄ R nung V, der Zenerdiode Dt erreicht. Wenn der

¹ Λ R·+ RaR +R R " integrierte Ausgang Ss die Zenerspannung V, erreicht.

is wird eine weitere Integration unterbrochen, und der

Fig. 10 zeigt ein Aiisführungsbcispiel der Bezugs- dann vorliegende Wert bestimmt den unteren Gren/

werteinstellschaltung 9. Fi g. 11 zeigt Signalformen für wert. d.h.. V^₁ des Bezugswertes V₁. Vom Anmelder

die Schaltung nach Fig. 10. wurde bereits vorgeschlagen, eine Schaltung hinzuzu-

!,i Fig. 10 bilden ein Operationsverstärker 20. ein fügen, die in der Lage ist. den Bezugswert V, so zu

w 1 a~_ y" ι _: -7 λ:~λ~ γ\ „: ι-, — u„i.— -j~o „- :— λ η ;^u ^...ir^»« /i_nr λ u^^^r.'.i-.in.

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tor mit einem unteren Grenzwert. Dieser Integrator Ausgangsspanniing X'"bei fettem Gasgemisch und der

führt keine integration aus, bevor ein Schalter 21. der Ausgangsspannung Y'" bei magerem Gasgemisch liegt,

parallel zu der Zenerdiode D\ geschaltet ist, durch das indem die Bezugsspannung . vermindert wird, oder

Signal S₂ geöffnet wird und der Ausgang 0 Volt ist. indem der Wert auf einem bestimmten konstanten WVt

Unter dieser Bedingung ist der Bezugswert V₅ gleich 25 gehalten wird, und zwar ungeachtet des Wertes de^

dem Potential zwischen der Quellenspannung K_x- und 0 Abweichungssignals Sj, falls eine Möglichkeit gegeben

Volt, geteilt durch das Verhältnis der Widerstände R₁, ist. daß der Bezugswert K über X" oder unter Y"

und /?7. Die Widerstände Rf₁ und Ri sind derart gelangt. Weiterhin kann der Bezugswert V, auf einen

ausgewählt, daß die Spannung V, unter der oben Zwischenwert eingestellt werden, der zwischen dem

genannten Bedingung gleich w^-d dem erwähnten Wert 30 oberen und unteren Spitzenwert des Abgasfühlersignals

von Vp₃. liegt, wie bereits erwähnt wurde. Wenn die selbsttätige Regelung begonnen wird, wird

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft-Brennstoff-Gemisches mittels einer Rückführschleife, mit einem Abgasfühler zum Erfassen der Zusammensetzung und der Konzentration der Abgase der Brennkraftmaschine, welcher ein Fühlersignal an eine Detektorschaltung abgibt, mit der eine Abweichung zwischen dem Fühlersignal und einem von einem Bezugswertschaltkreis erzeugten, veränderbaren Bezugssignal feststellbar ist und die ein Abweichungssignal an einem Steuerkreis zur Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses der Regeleinrichtung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Detektorschaltung (4) und Steuerkreis (5) eine Schaltereinrichtung (10) geschaltet ist, bei deren geöffnetem Zustand die Übertragung des Abweichungssignals von der Detektorschaltung (4) zu dem Steuerkreis (5) unterbrochen ist, so daß zwischen Abgasfühler (3) und Schaltereinrichtung (10) ein Feststellschaltkreis (8; 11,13) geschpltet ist, wodurch dem Abgasfühler (3) bei normalen Betriebsbedingungen ein vorbestimmter Strom (i) zuführbar und durch den das Fühlersignal (Vo) mit einem vorbestimmten, ersten Spanr.ungswert (V_p 1) vergleichbar ist, daß, wenn die Bedingung erfüllt ist, daß das Fühlersignal (V₀) kleiner oder gleich dem vorbestimmten, ersten Spannungswert (V_p\) ist, durch den Feststellschaltkreis (8; 11, L7> der dem Abgasfühler 83) zugeführte Strom um einen Wert A, verrimrerbar ist, und daß bei Vorliegen dieser Bedingung das Bezugssignal auf einen vorbestimmten, zweiten Spannungswert (Vp 3) veränderbar ist und gleichzeitig iiie Schaltereinrichtung (10) zur Übertragung des von der Detektorschaltung (4) erzeugten Abweichungssignals in ihren geschlossenen Zustand überführbar ist, und daß der vorbestimmte, zweite Spannungswert (Vp₃) zwisehen einem maximalen Wert (V_x") und einen minimalen Wert (V_x") des Fühlersignals des Abgasfühlers (3) liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abgasfühler (3) und der Detektorschaltung (4) ein Pufferschaltkreis (12) geschaltet ist, so daß entweder von dem Pufferschaltkreis (12) oder dem Feststellschaltkreis (11) dem Abgasfühler (3) ein sehr kleiner Strom (V) zuführbar ist, demzufolge bei geöffneter Schaltereinrichtung (10) ein Strom / + Δ i + i' durch den Abgasfühler (3) fließt, und daß ein Komparator (13), durch den der Ausgang des Pufferschaltkreises (12) mit dem vorbestimmten, ersten Spannungswert (Vp 1) vergleichbar ist und durch den ein Signal erzeugbar ist, wenn das FUhlersignal (V₀) kleiner oder gleich dem vorbestimmten, ersten Spannungswert (Vp 1) ist, und ein Verzögerungsschaltkreis (14) vorgesehen sind, durch den das Signal zur Überführung der Schaltereinrichtung (10) in ihren geschlossenen Zustand verzögerbar ist.